一种新型聚能破甲战斗部及其发展趋势探讨

针对当前以单罩聚能效应为主的聚能破甲战斗部，提出一种新型多罩复合聚能装药结构，探讨了其成型机理和联合破甲原理，系统研究了主要装药结构参数对破甲效果的影响。实验结果表明，该聚能装药结构比EFP装药结构，在保持穿孔孔径相当和同等装药条件下，可以提高穿深50%左右。在此基础上，进一步提出反反应装甲目标新型聚能装药结构，深化了聚能效应的内涵，丰富了打击目标的手段。     

不同攻角条件下聚能型战斗部毁伤特性研究

对于聚能型兵器而言,在战斗部药型罩特性、装药特性、炸高等因素确定后,该型兵器的毁伤威力将主要取决于其攻击角度.本文采用数值模拟与模型试验方法相结合,对不同攻角条件下聚能型战斗部的毁伤过程和毁伤效果进行了研究,探讨了聚能型战斗部对双层圆柱壳舱段的毁伤特性.结果表明,攻角越小,聚能射流造成的穿孔直径越大,毁伤作用面积越小,单位面积的作用载荷强度越大.     

低密度射流对爆炸反应装甲毁伤的探索研究

破-破式串联战斗部是有效应对爆炸反应装甲的武器弹药之一,前级聚能战斗部能否可靠引爆夹层装药直接决定着战斗任务的成功与否.现有的前级聚能战斗部大多采用的是金属药型罩,而本文则是探索能否将低密度材料作为前级聚能战斗部的药型罩材料,来达到毁伤反应装甲的目的.本文从数值仿真和理论计算两个方面研究了低密度射流的毁伤特性,并将数值仿真结果与理论计算结果进行对比.结果表明,低密度射流不仅能够可靠引爆夹层装药,而且还具有很多优于现有金属射流的特点.因此,本文的探索研究具有一定科研价值,以期为工程设计提供参考.     

聚能装药的破甲威力计算

本文提供的计算方法,可以计算药型罩压垮,射流形成及破甲过程的各种参数。计算模型具有的特点:压垮速度计算采用圆管模型提供的结果;射流速度分布按双线性处理,破甲过程采用解析法计算,并考虑了靶板强度及射流断裂的影响。根据对各种战斗部聚能装药的计算表明,理论结果与实验结果符合较好。本方法可以用于预报聚能装药的射流参数及破甲性能,也可以用来分析各种装药参数对破甲威力的影响。     

三种聚能装药结构形成射流的对比分析

为了对比不同聚能装药结构形成射流的特性,应用改进的PER理论模型,结合Autodyn有限元软件,理论和数值模拟研究了单锥罩、带隔板单锥罩和带隔板偏心亚半球罩三种装药结构的射流成型过程。计算了药型罩绝对压垮速度、绝对偏转角、压垮角、射流速度、射流质量等成型参数,获得了三种装药结构形成射流的形状。结果表明,带隔板偏心亚半球罩形成射流效果最佳,其质量堆积点位置降低了约20%,射流质量占药型罩质量提高了12.2%。数值模拟与理论计算结果吻合较好,研究结果为聚能装药战斗部的设计提供参考。     

串联聚能装药延迟时间与装药间距匹配关系研究

为降低串联聚能装药战斗部前级爆轰对后级JPC成型的干扰,采用LS-DYNA软件,对不同装药间距、不同延迟起爆时间下后级JPC的成型过程进行了数值模拟. 获得了装药间距、延迟起爆时间对后级JPC成型的影响规律,分析了最佳延迟时间下以及头部速度最低对应延迟时间下后级JPC头部速度降随装药间距的变化规律,建立了延迟起爆时间与装药间距的匹配关系. 结果表明:最佳延迟起爆时间随装药间距的增大而增大,当前后级装药间距达到2.5倍装药口径,延迟时间为40 μs,后级JPC头部速度降只有11%. 针对优化结构开展了侵彻45#钢靶实验,串联聚能装药战斗部能够实现反硬目标大开孔兼顾穿深的要求.      

钨合金药型罩材料的大破孔聚能战斗部研究

为得到大尺寸破甲孔径,提出了采用钨合金作为药型罩材料的大破孔聚能战斗部设计方案. 以聚能装药射流成形及侵彻理论为基础,采用实验与数值模拟相结合的方法,研究钨合金药型罩结构参数、材料组分及加工工艺对靶板的大孔径破甲的影响. 结果表明,采用粉末型钨合金为药型罩材料的聚能战斗部,在保证具有相同或略大的破甲深度的同时明显增大了破甲孔径.     

复合聚能装药威力性能的数值模拟研究

为了提高聚能杆式射流飞行稳定性和破甲威力性能的要求,采用LS-DYNA软件对变壁厚复合杆式射流成型过程进行数值模拟,研究了外罩在不同变壁厚条件下对杆式射流侵彻靶板威力性能的影响.研究结果表明：与外层罩在等壁厚条件下的复合球缺罩相比,当外罩采用顶薄边缘厚的结构时,杆式射流破甲威力提高10%左右;当外罩采用顶厚边缘薄的结构时,杆式射流破甲威力基本保持不变,但射流速度梯度明显降低,进而大炸高条件下稳定性提高,在战斗部采用不同外罩变壁厚结构时,可有效提高杆式射流破甲威力及射流稳定性.     

铝-金属玻璃-铝复合板的抗破甲性能研究

利用爆炸焊接技术成功制备出铝-金属玻璃-铝三层复合板, 并对其抗破甲性能进行了试验及数值分析。针对复合板的尺寸较小的特点, 建立了适用于小试件( 特征尺寸小于 50 mm) 的破甲实验方案;基于动力学软件ANSYS/ LS-DYNA 提出了一套对破甲过程进行数值模拟的计算方案。研究结果表明, 破甲试验装置产生的聚能射流直径较小、稳定性良好, 铝-金属玻璃-铝三层复合板在聚能射流作用下其上表面呈大范围的花瓣形破坏, 中间层的金属玻璃材料呈粉末状破碎, 对后续的射流过程起到了干扰的作用; 计算方案可有效地模拟聚能射流的形成及其对铝-金属玻璃-铝三层复合板的侵彻; 数值模拟得到的破甲深度、稳定阶段侵彻通道的直径、材料的破坏模式与实验结果相符。     

聚能射流引爆炸药的数值模拟研究

采用显式有限元程序对聚能射流引爆裸露和带壳装药的过程进行了数值模拟分析。分析了射流引爆裸露装药和带壳装药两者间的不同作用过程,对射流引爆炸药的现象进行了探讨。结果表明,聚能射流引爆裸露装药取决于射流本身特性参数,而引爆带壳装药则与壳体性质密切相关。     

双锥罩聚能装药最佳炸高设计方法

为研究聚能装药最佳炸高的设计方法. 通过试验获得34°与40°两种上锥角双锥形药型罩聚能装药在6.0,6.5,7.0,7.5和8.0倍炸高条件下的静破甲深度;同时,进行了同实验工况的数值模拟方法研究;在数值模拟方法获得验证后,通过数值模拟获得了不同上锥角下炸高对双锥罩聚能装药破甲深度的影响规律. 利用内插值法建立了含药型罩锥角和炸高变量的双锥药型罩聚能装药静破甲深度计算公式,获得了静破甲深度随上锥角和炸高变化的三维曲面;据此,确立了双锥罩聚能装药的最佳炸高. 研究结果表明,实验与数值仿真结果一致,验证了所提出的双锥罩聚能装药炸高设计方法的可行性.      

聚能装药作用下材料等效数值仿真

 采用实验方法确定目标毁伤研究中材料等效存在一定困难。为此,采用基于非线性动力学软件数值模拟仿真方法,研究聚能装药作用下材料的等效。首先利用AUTODYN非线性动力学软件,采用欧拉-拉格朗日的流固耦合方法,进行大量数值计算,通过比较相同计算时刻的破甲深度、所耗费时间以及射流头部速度等参数,确定对应于药型罩为某锥角值的最佳炸高。在此条件下,利用射流极限破甲剩余速度方法确定了两种钢材的等效系数,某新型装甲钢与45#钢的等效系数约为1.75。研究方法和研究结果对于某些弹药毁伤效能鉴定实验过程中等效靶的设置具有一定参考价值。     

环型聚能药型罩的设计新方法与实验

针对轴向侵彻的环形聚能战斗部药型罩内外壁非对称质量的情况,提出了环型药型罩设计的新思路,即内外壁在压跨碰撞点保持等动量原则,建立环形聚能药型罩的质量补偿设计方法. 对内外变壁厚和单壁等厚2种类型的环型药型罩进行了设计计算和侵彻实验,分析比较了两种结构药型罩的侵彻效果. 结果表明,采用该方法设计的药型罩侵彻效果有明显改善.     

新型环形聚能射流形成机理研究

为了解决环形聚能射流稳定性差、速度低等缺点,提出了一种新型环形聚能装药结构,基于正交优化方法,采用Autodyn软件对新型环形聚能装药结构进行了优化设计,给出了药型罩壁厚、药型罩曲率半径、聚焦装置锥角、喷孔直径及壳体厚度对射流头部轴向及径向速度的影响,优化出了径向偏转速度低的新型环形聚能射流,并进行了实验验证,实验结果与数值模拟结果基本一致.数值模拟及实验结果均表明,文中提出的新型环形聚能装药结构能够形成环形破孔,在钢靶上破孔直径107 mm,深度28 mm.      

活性药型罩聚能装药作用混凝土靶毁伤效应

采用数值模拟和地面静爆实验相结合的方法,对活性药型罩聚能装药作用混凝土靶毁伤效应问题进行了研究.在Autodyn数值模拟中,活性药型罩爆炸驱动形成射流及侵彻混凝土靶过程采用二维欧拉算法,活性射流侵入混凝土内爆破过程采用三维SPH算法,活性射流冲击反应由Powder Burn模型描述,通过算法转换实现分步连续数值模拟.数值模拟结果表明,与金属射流相比,活性射流终点效应受炸高的影响更敏感,在约为1.0倍装药直径炸高下,活性射流可显著发挥侵爆联合毁伤优势,有效爆破深度约为6.5倍装药直径,当炸高超过2.0倍装药直径后,侵爆毁伤效应显著减弱.进一步与地面静爆实验结果相比,两者基本相吻合,验证了数值模拟的有效性.      

高速杆式射流形成的数值模拟与实验研究

针对传统聚能射流有效质量低的问题,突破传统射流形成的高速限制条件,结合射流形成的内爆阈值概念,研究新型高速杆式射流形成机理,设计高速杆式射流装药结构.结合理论分析和数值模拟对射流具体形成过程进行分析,明确形成超高速射流与装药结构尺寸之间的关系.对超聚能装药结构进行试验,证明所提出高速杆式射流形成机理具备科学合理性.在不改变装药结构口径及炸高条件下,改善射流质量,形成高速杆式射流可应用于超高速碰撞等研究.      

活性复合罩聚能装药侵彻增强行为

为解决传统高聚物基活性罩聚能装药侵彻深度严重不足这一瓶颈性问题,提出了一种活性-铜复合罩聚能装药结构,并采用数值模拟和实验相结合的方法,研究了活性-铜罩射流成形及侵彻钢靶增强行为.仿真表明,内层铜罩主要形成高速前驱射流首先侵彻钢靶,活性材料外罩大部分形成杵体且可以随进侵孔内部.实验结果表明,与传统单一活性射流相比,活性-铜射流对钢靶造成的侵深更大,且侵彻性能与进入侵孔内的活性材料质量显著受炸高影响.实验与仿真对比表明,活性材料的爆燃反应会导致侵彻过程提前终止,可能的机理是其化学反应在侵孔内会形成超压,造成铜射流严重失稳,致使剩余射流无法再继续侵彻.