【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及弹体侵彻，特别是一种基于能量等效的变质量侵彻引信缩比试验方法。
技术介绍
1、重要军事目标日趋完善的防护体系以及新型防护材料的不断涌现使得动能侵彻武器对侵彻深度以及弹体速度的要求不断提高，弹体过载环境愈发恶劣。搭载在弹体内部的引信，由于电子元器件等抗过载能力有限，生存性与可靠性更是受到了严峻的挑战。因此，对引信抗过载能力以及起爆控制策略可靠性的考核显得尤为重要。然而，硬目标侵彻引信搭载的往往是大型弹药，单发价格动辄数十万、上百万，造价昂贵。加之试验场地、试验周期等多种因素的共同影响，很难对引信开展大量的搭载全尺寸弹药的过载研究。因此，缩比试验成为了引信动态侵彻试验考核的重要方法。通过缩比理论建立缩小模型开展试验，实现对全尺寸弹药试验过载峰值、过载脉宽等方面的等效，对以低成本考核引信抗过载能力、起爆控制策略制定等具有重要意义。
2、等效缩比试验方法在静力学、流体力学领域已经得到了广泛应用，相关理论已较为成熟。针对侵彻引信等效试验的研究，目前多为基于相似理论建立等效模型，即对弹靶模型进行比例缩小后代替原型弹进行相关试验测试。这种缩比方法只适合考核弹体侵彻性能，若直接应用于引信，将导致引信的过载环境过于严酷，过载峰值往往数倍于实际工况，缩比试验无法达到“等效”，直接影响起爆控制策略、零部件强度考核结果。
技术实现思路
1、本专利技术针对上述现有技术难题，提供一种基于能量等效的变质量侵彻引信缩比试验方法。利用推导出的缩比关系式，对弹径、弹长、靶板厚度等弹靶参数进行
2、本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种基于能量等效的变质量侵彻引信缩比试验方法，包括如下步骤：
4、第一步：根据原型弹的引信尺寸、公斤级以及数值仿真结果，选择缩比系数，进而确定弹体参数；
5、第二步：结合弹丸穿甲模型确定靶板厚度；
6、第三步：依据试验平台的加载能力与侵彻能力，选取合适的着靶速度；
7、作为上述技术方案的进一步改进：引信作为内部构件，其能量绝大部分为其所具有的动能，在侵彻过程中，损失的动能主要是阻力对引信做功以及引信形变等次要功。忽略热效应、引信发生微小形变等所消耗的次要功，弹丸穿甲前后引信动能的变化即为穿甲过程阻力做功，因此可以依据能量等效原则进行缩比试验设计，即原型弹穿透钢板引信耗能与缩比弹穿透对应钢板引信耗能相近。
8、作为上述技术方案的进一步改进：缩比弹弹径是在原型弹弹径基础上缩小而来，因此缩比试验不可避免的存在尺寸效应，且缩比系数越小尺寸效应越明显。为了满足在降低试验成本的同时降低尺寸效应进而减小试验误差，弹径缩比系数应满足：
9、ηd≥0.4。
10、其中，dm为缩比弹弹径，dp为原型弹弹径。
11、作为上述技术方案的进一步改进：弹长的缩比系数ηl可与ηd相同，但需要在此基础上提高约10％～30％，使得缩比弹的长径比较原型弹略有提高，达到缩比弹可以一定程度上模拟原型弹引信过载信号的层间振荡现象的目的。
12、作为上述技术方案的进一步改进：为保证弹体结构强度能够支撑过载峰值覆盖原型弹，缩比弹弹体材料要与原型弹相同或相近。
13、作为上述技术方案的进一步改进：弹丸穿甲前后引信能量平衡表达式如下：
14、
15、其中，my为引信质量，vb为临界穿透速度，vc为着靶速度，vr剩余速度。
16、弹丸侵彻钢板时的临界穿透速度是穿透钢板所需的最小速度，即穿靶后剩余速度为零时对应的着靶速度。引信在侵彻过程中随弹体运动，速度相同，故弹体的临界穿透速度即为引信临界穿透速度。
17、弹丸侵彻钢板时，计算临界穿透速度的经验公式如下：
18、(1)弹丸垂直侵彻钢板时：
19、
20、其中，k为由钢板性质、厚度和弹丸结构、性质决定的系数，对于现代钢板和弹丸，k＝2000～2600，一般取2400；d为弹丸直径；b为钢板厚度；m为弹体质量。
21、当钢板厚度小于时，对于均质钢板，则：
22、
23、(2)当弹丸以着角α斜侵彻钢板时：
24、弹丸斜侵彻钢板时，临界穿透速度要比垂直侵彻时更大。且弹丸在侵彻过程中的轨迹是弯曲的，则
25、
26、式中，vbα为弹丸斜侵彻钢板时的临界穿透速度；α为着角，λ为修正的角度值。1/cos(α-λ)的值可根据着角α的大小查表，如下表所示。
27、
28、引信穿靶前后能量变化：
29、
30、由于弹丸侵彻钢板多为斜侵彻，且钢板厚度多小于因此以此种工况进行推导。故：
31、
32、依据上文所述的能量等效原则，应有：
33、
34、上式中，下标p表示原型试验(propotype)，下标m表示缩比试验(model),η表示缩比系数。结合以上各式，有：
35、
36、上式表明，当原型试验与缩比试验保持入靶着角相同时，要满足能量等效原则应满足缩比关系：
37、
38、作为上述技术方案的进一步改进：缩比弹无需搭载全尺寸引信，侵彻引信在缩比前后尺寸、质量可以改变，不受搭载空间限制，缩比弹选择范围更为广泛。
39、本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
40、(1)基于相似理论建立传统等效模型的方法，即对弹靶模型进行比例缩小后代替原型弹进行相关试验测试，只适合考核弹体侵彻性能，直接应用于引信将导致引信的过载环境过于严酷，过载峰值往往数倍于实际工况，缩比试验无法达到“等效”。本专利技术利用推导出的缩比关系式，对弹径、弹长、靶板厚度等弹靶参数进行设计，能够在误差允许的范围内实现引信过载峰值与过载信号层间振荡程度的等效。
41、(2)本专利技术公开的基于能量等效的变质量侵彻引信缩比试验方法具有普适性，不仅仅适用于下文的实施例，对于其他公斤级的战斗部缩比试验同样适用。
42、(3)应用本专利技术公开的缩比试验方法设计的缩比试验，能够对过载峰值及过载信号层间振荡程度实现等效，因此不但能够完成考核引信及其内部零部件强度的任务，还能够完成对起爆控制策略的验证。
43、(4)应用本专利技术公开的缩比试验方法设计的缩比弹无需搭载全尺寸引信，侵彻引信在缩比前后尺寸、质量可以改变，不受搭载空间限制，缩比弹选择更加灵活，范围更为广泛。
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1.一种基于能量等效的变质量侵彻引信缩比试验方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于能量等效的变质量侵彻引信缩比试验方法，其特征在于：引信作为内部构件，其能量绝大部分为其所具有的动能，在侵彻过程中，损失的动能主要是阻力对引信做功以及引信形变等次要功。忽略热效应、引信发生微小形变等所消耗的次要功，弹丸穿甲前后引信动能的变化即为穿甲过程阻力做功，因此可以依据能量等效原则进行缩比试验设计，即原型弹穿透钢板引信耗能与缩比弹穿透对应钢板引信耗能相近。
3.根据权利要求1所述的基于能量等效的变质量侵彻引信缩比试验方法，其特征在于：缩比弹弹径是在原型弹弹径基础上缩小而来，因此缩比试验不可避免的存在尺寸效应，且缩比系数越小尺寸效应越明显。为了满足在降低试验成本的同时降低尺寸效应进而减小试验误差，弹径缩比系数应满足：
4.根据权利要求1所述的基于能量等效的变质量侵彻引信缩比试验方法，其特征在于：弹长的缩比系数ηl可与ηd相同，但需要在此基础上提高约10％～30％，使得缩比弹的长径比较原型弹略有提高，达到缩比弹可以一定程度上模拟原型弹引信过载
5.根据权利要求1所述的基于能量等效的变质量侵彻引信缩比试验方法，其特征在于：为保证弹体结构强度能够支撑过载峰值覆盖原型弹，缩比弹弹体材料要与原型弹相同或相近。
6.根据权利要求1所述的基于能量等效的变质量侵彻引信缩比试验方法，其特征在于：弹丸穿甲前后引信能量平衡表达式如下：
7.根据权利要求1所述的基于能量等效的变质量侵彻引信缩比试验方法，其特征在于：缩比弹无需搭载全尺寸引信，侵彻引信在缩比前后尺寸、质量可以改变，不受搭载空间限制，缩比弹选择范围更为广泛。
...【技术特征摘要】
1.一种基于能量等效的变质量侵彻引信缩比试验方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于能量等效的变质量侵彻引信缩比试验方法，其特征在于：引信作为内部构件，其能量绝大部分为其所具有的动能，在侵彻过程中，损失的动能主要是阻力对引信做功以及引信形变等次要功。忽略热效应、引信发生微小形变等所消耗的次要功，弹丸穿甲前后引信动能的变化即为穿甲过程阻力做功，因此可以依据能量等效原则进行缩比试验设计，即原型弹穿透钢板引信耗能与缩比弹穿透对应钢板引信耗能相近。
3.根据权利要求1所述的基于能量等效的变质量侵彻引信缩比试验方法，其特征在于：缩比弹弹径是在原型弹弹径基础上缩小而来，因此缩比试验不可避免的存在尺寸效应，且缩比系数越小尺寸效应越明显。为了满足在降低试验成本的同时降低尺寸效应进而减小试验误差，弹径缩比系数应满足：
【专利技术属性】
技术研发人员：曹娟，徐年富，李长生，魏爽，
申请(专利权)人：南京工业职业技术大学，
类型：发明
国别省市：
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