数值仿真结果分析优化方案

根据仿真结果表4，现从射流头速、长度综合分析不同因子在各水平下的极差值Rj，其大小可以判断各因素对试验指标的变动幅度，从而判断因素的主次顺序。从图3 可以看出，射流头部速度及长度综合判断可知：射流成形最好的方案为1、8，此时射流头部速度及长度都最大，尤其是射流头部速度最大接近9 000 m／s，比同口径等壁厚等锥角的锥形罩能大1 000 m／s 左右［8］；射流成形良好的方案为2、7、9、12、16，此时射流头长度都差不多；射流成形一般的方案为3、4、5、6、11；方案最不好的为13、14，此时射流头部都已断裂，且速度与长度都最小。

图4 所示为各因子在不同水平下对射流头部速度的直观分析图：因子1 与5 取水平1 时射流头部速度最大，即α＝45°，δ＝0.024D；因子2 取水平2 时射流头部速度最大，即罩锥顶头部长度b＝0.04D；因子3 取水平3 时射流头部速度略微大点，即罩锥顶头部孔径M＝0.14D；因子4 取水平4 时，Vj 略大，即装药长度为1.6D。再分析极差R 对射流的影响，可得R1＝851，R2＝119.25，R3＝170，R4＝151.5，R5＝1 091.25，即因子5 罩锥角的极差最大，其次是因子1 罩壁厚，各因子对射流头部速度Vj 的影响顺序为α ＞δ ＞M ＞L ＞b，可见罩锥角是主要因子，罩锥顶头部长度是次要因子，对射流头部速度影响不大。

图5 所示为各因子在不同水平下对射流长度的直观分析图：因子1 与4 取水平3 时、因子2 取水平4时、因子3 取水平2 时以及因子5 取水平1 时，在2 倍炸高处射流长度最长，即δ＝0.032D，b＝0.06D，M＝0.12D，L＝1.5D，α＝45°。再分析极差R 对射流长度的影响，可得R1＝15.125，R2＝10.75，R3＝10.875，R4＝9.75，R5＝23.375，即因子5 罩锥角的极差最大，其次是因子1 罩壁厚，各因子对射流长度Vj的影响顺序为α ＞δ ＞M ＞b ＞L，可见罩锥角是主要因子，装药长度是次要因子，即对射流长度影响不大。

图4　不同因子不同水平对Vj的影响

图5　不同因子不同水平对l 的影响(www.xing528.com)

综合上面对极差Rj 的计算，可列出各工况指标下的因素的主次顺序如表5 所示。从表5 可以看出，这两个射流特征参数指标单独分析出的优化条件不一致，必须根据因素的影响主次综合考虑，确定最佳异型孔锥罩的设计。

表5　各试验指标下因素的主次顺序

由于射流碰靶前的特征包括射流头速及长度等因素，对钢靶的侵彻特性有很大影响，故在优化异型孔锥罩聚能装药时要综合考虑罩锥角与壁厚、头部长度与孔径、装药长度等对射流特征的影响。对于因素α，其对射流头速及长度的影响都排在第一位，因此锥角取α＝45°。对于因素δ，其对射流头速及长度的影响均排在第二位；当δ＝0.024D 与δ＝0.032D 时，射流头速均值分别为8 333 m／s 与7 706 m／s，射流的长度均值分别为168.5 mm 与174 mm，虽射流长径比增加也有利于侵彻，但是射流头部速度对侵彻影响更大，故异型孔锥罩的壁厚取δ＝0.024D 较好。异型孔锥罩头部开孔长度b 对射流头部的影响属次要因子，原则是它的值可以随意取，但是其对射流长度的影响分别排在第四位，此时b＝0.06D。异型孔锥罩的头部孔径M 对射流头速和长度的影响排在第三位，当M 取0.14D 与0.12D 时，射流头速与长度的均值分别为8 007 m／s、7 840 m／s 与166.6 mm、172.5 mm，再从射流形貌图方案14 可以看出，当M＝0.14D 时，射流头部出现严重断裂，因此罩头部孔径M 取0.12D 较好。对于装药长度L，其对射流长度的影响为次要因子，对射流头部速度的影响排在第四位，且当L＝0.16D 与L＝0.15D 时，射流头部速度差别不大，故从聚能装药的质量上综合考虑，装药长度还是选择1.5D。由此可以得出异型孔锥罩聚能装药结构设计的优化方案，即α＝45°，δ＝0.024D，b＝0.06D，M＝0.12D，L＝1.5D。