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《超高速弹丸碰撞薄板产生碎片云的运动模型分析_龙仁荣.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第29卷第3期北京理工大学学报Vol.29No.32009年3月TransactionsofBeijingInstituteofTechnologyMar.2009超高速弹丸碰撞薄板产生碎片云的运动模型分析龙仁荣,张庆明(北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室,北京100081)摘要:为了准确地描述超高速碰撞薄板形成碎片云的运动特征,通过数值模拟结果与Swift,Piekutowski和Bless这3种碎片云模型结果进行比较,并对Swift模型进行了修正.结果表明:Piekutowski和Bless模型能较好地描述圆片弹丸所形成碎片云的运动;修正后的Swift模型能
2、较好地描述球形弹丸所形成的碎片云的运动.关键词:超高速碰撞;薄板;碎片云运动模型中图分类号:O347.5文献标识码:A文章编号:1001-0645(2009)03-0193-04DynamicModelforDebrisCloudsProducedfromImpactsofHypervelocityProjectileswithThinSheetsLONGRen-rong,ZHANGQing-ming(StateKeyLaboratoryofExplosionScienceandTechnology,BeijingInstituteofTechnology,Beiji
3、ng100081,China)Abstract:Toobtainanapproachtodescribethecharacteristicsofdebriscloudsproducedbyhypervelocityimpactswiththinsheets,resultsfromtheSwiftmodel,thePiekutowskimodelandtheBlessmodelwereanalyzedbycomparingthemwithsimulationresults.TheSwiftmodelwasmodified.TheresultsshowedthattheP
4、iekutowskimodelandtheBlessmodelwerefitforthedebriscloudsproducedbyhypervelocityimpactsofdiscswiththinsheets,andthemodifiedSwiftmodelwasfitforthecaseswithsphericalprojectiles.Keywords:hypervelocityimpact;thinsheet;dynamicmodelofdebriscloud为了抵御微流星体和轨道碎片对航天器的破坏,通常采用天体物理学家Whipple提出的惠式防[1]护结
5、构(Whippleshield).惠式防护采用的是如图1所示的有间隙的双层板结构,即在舱壁的外部间隔一定距离放置一层薄防护罩,用于粉碎高速空间粒子,形成碎片云.碎片云在飞行过程中高速膨胀和扩散,以致撞击舱壁上单位面积的冲量也大大降图1Whipple防护结构示意图Fig.1SchematicfigureofWhippleshield低,从而能较好地保护舱壁.后板的破坏与碎片云的运动直接相关,准确地Swift模型进行修正.描述碎片云的运动可以从理论上预测后板的破坏.1碎片云运动模型作者在介绍Swift、Piekutowski及Bless碎片云运动模型的基础上,将模型计算的
6、结果与数值模拟结1.1Swift碎片云模型[2]果进行比较,分析了3种模型的特点及不足,并对Swift利用守恒方程给出了一个碎片云运动收稿日期:20080515基金项目:国家自然科学基金资助项目(10772028)作者简介:龙仁荣(1982—),男,博士生,E-mail:longrenrong@bit.edu.cn;张庆明(1963—),男,教授,博士生导师,E-mail:qmzhang@bit.edu.cn.194北京理工大学学报第29卷模型.在Swift模型中,超高速弹丸碰撞一相对较通过特征点的速度线性插值而得.vp表示的是碰撞薄的板,假定所形成的碎片云为一个膨胀
7、的球壳,碎后弹丸材料的头部速度.片云质量均匀地分布在球壳上,如图2所示.碎片vI可以通过式(4)动量守恒关系求得,但没有云的运动分解为质心沿弹道方向的直线运动和以质给出vf,vr和ve理论计算公式.心为中心的膨胀运动.mpvI=v0.(4)mb+mp式中mb为与弹丸直径相同的靶板圆片的质量,而Swift模型中ms为整个穿孔的质量.图2Swift碎片云模型示意图Fig.2SchematicofSwiftmodel图中dp为弹丸的直径;ds和ts为靶板的穿孔直径和厚度;v0为弹丸初速;vc,ve,vr和vf分别为碎片云团的质心速度,膨胀速度,尾部速度和头
