一种新型森林灭火弹的设计与仿真研究

作     者：王紫民 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：武建德;张黎明

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0838[工学-公安技术] 

主      题：森林灭火弹 模态分析 弹道特性 ANSYS/Workbench MATLAB 

摘      要：森林防火是我国防灾减灾工作的的重要组成部分,是加快林业发展,生态建设的前提。森林火情发生后,灭火安全以及远距离压控是一个世界性难题。灭火弹作为一款中远距离灭火工具,对森林防火有重大贡献。目前市场上灭火弹的种类繁多,每一种灭火弹对应着不同的灭火环境。本论文介绍了某灭火产品动员中心研制的一种新型森林灭火弹,并对该弹进行了相应的运动学及动力学方面的仿真分析,为实弹试验作理论参考。该论文具体可归纳为以下几点:(1)对比了国内外灭火弹技术的发展现状。从本灭火弹对应的具体森林火情出发,阐述了灭火弹设计理念。该灭火弹的创新点在于兼顾了安全灭火距离以及灭火效果,设计上将弹丸圆柱部直径扩大一倍,置于迫炮外发射,同时增加了稳定杆长度。(2)运用ANSYS/Workbench仿真软件对弹丸进行模态分析,得到前6阶振型和固有频率,分析了弹丸设计上较薄弱环节;对尾翼进行发射强度的安全性校核,仿真结果表明弹丸具有良好的发射安全性。(3)弹道特性关系到灭火弹的发射系统与飞行性能。运用MATLAB软件分别对灭火弹的内弹道、外弹道进行仿真,得到其膛压随时间变化规律、发射初速、质心运动轨迹以及质心速度随时间变化曲线等。仿真结果表明,灭火弹满足安全灭火距离。(4)灭火弹的最终目的是通过战斗部的爆炸波将灭火剂抛撒到火场,实现覆盖灭火。运用ANSYS/LS-DYNA非线性仿真软件,模拟灭火剂的爆炸抛撒效果,理论结果表明,与钢质薄壳相比,ABS工程塑料作为弹丸壳体时,既能满足发射强度,其灭火剂的抛撒更为均匀,灭火面积相对更大。