弹丸结构特征数主要包括:弹丸质量M、质心位置Xc、极转动惯量Jx和赤道转动惯量Jz等。某口径弹药在方案论证中,首先要解决的问题之一,为保证与制式弹药在内弹道性能一致的情况下,得到相同的弹丸质量M以及相近的质心位置Xc、极转动惯量Jx与赤道转动惯量Jz接近(通常要求不超过制式弹相同特征参数的10%以内)。
20世纪末国内外求解弹丸结构特征数的方法,主要靠编辑计算程序进行计算,参数量多,输入繁琐,且易出错。
NX或CREO等三维软件近几十年的快速发展,软件所提供的计算能力日渐增强,已有过去的仅能根据弹丸结构设计要求,通过对弹丸零部件进行三维建模,然后进行零件的虚拟装配,查询质量属性获得弹丸特征数的功能,目前发展到可以利用三维软件进行质量属性参数的敏感分析以及可行性研究,能够快速求解与制式弹丸相等或相近的弹丸特征数。
目前在虚拟三维拟装配的条件下,已经没有必要仅靠人工反复改变相关参数,去凑所需的弹丸结构特征数,运用三维软件进行质量属性参数的敏感分析以及可行性研究的高级应用,可以极大地提高求解所需弹丸结构特征数的速度。
本文以某口径弹药科研实例,简要介绍基于CREO快速求解等近弹丸特征数的方法,以供同行设计参考。
1 弹丸结构特征数求解
1.1 零件三维建模
某口径在研弹药,全弹采用定装式结构,弹丸外形与某口径制式弹相同,弹丸的特征量参数与制式弹一致。弹丸主要由头螺杆、弹体、闭气环、稳定装置等组成。
1.1.1 弹丸结构设计
全弹外形、特征量参数与制式弹药保持一致,达到与制式弹药通用射表。弹丸结构图如图1所示。
图1 弹丸结构图
1.1.2 弹丸零件结构设计
(1)头螺杆
为改善空气动力特性,减少阻力,提高飞行稳定性,弹丸头螺杆三维结构,如图2所示。
(2)弹体
为保证弹丸发射强度,满足弹体承受最大过载的条件,设计渐变壁厚结构,弹体三维结构,如图3所示。
(3)稳定部
弹丸尾翼部采用制式弹尾翼,翼片、尾杆为弹丸稳定飞行提供了可靠保障,弹丸稳定部三维结构,如图4所示。
(4)组成弹丸其他零件
闭起环以及稳定装置中的螺塞等三维建模方法同上,在此不予一一介绍。
1.2 弹丸虚拟三维装配
将上述弹丸零件头螺杆、弹体、闭气环、稳定装置等零部组件,依次使用轴对齐,端面贴合约束,建立弹丸虚拟三维装配,如图5所示。