防护材料对爆炸驱动反应破片的影响

 研究了反应破片战斗部在爆轰驱动下反应破片的加载过程。利用AUTODYN-3D有限元计算软件,针对含能破片战斗部作用的特点,建立了破片抛射速度和主装药、隔爆层、破片等参数的数学模型,模拟了主炸药的起爆、爆轰波的传播、防护材料的作用及对破片的初始驱动过程;通过研究不同防护材料对爆炸冲击波的衰减特性,在满足反应破片抛射初速的前提下保证破片不破坏且有足够的抛射速度;对爆炸驱动过程进行理论分析和数值模拟,验证所设计的防护材料对反应破片的防护性能;对理论计算和数值模拟结果进行比较,并分析各影响因素,结论可为含能破片战斗部结构设计提供依据。     

爆轰驱动金属壳体断裂数值仿真研究

对破片形成及运动问题的研究在增强战斗部的毁伤效能中具有重要地位. 本文利用数值模拟方法对不同装药结构的破片战斗部壳体在爆炸冲击载荷作用下的响应过程进行了仿真计算,仿真结果与理论计算结果相符,验证了数值模拟方法的可行性. 在此基础上对比分析了不同刻槽受控破片战斗部壳体断裂破片形成过程,得到了刻槽对破片速度的影响规律. 本文结果可为破片战斗部工程设计提供参考.     

PTFE/Al活性破片碰撞三层间隔靶冲击响应行为

为研究PTFE/Al活性破片多次碰撞下冲击响应行为,开展了活性破片碰撞三层间隔铝靶实验并采用包含自定义状态方程的数值方法进行模拟,定量分析了活性破片冲击激活反应行为的时空分布与毁伤效应.结果表明,数值模拟中活性破片反应与空间分布情况与实验结果具有较好一致性,活性破片反应空间分布对中靶毁伤效果影响较大.中靶厚3.0 mm时,各碰撞速度下活性破片均主要于中靶前方发生反应;中靶的穿孔面积与隆起范围随着碰撞速度增加而增大,且靶板隆起范围远大于穿孔面积.中靶厚1.5 mm时,碰撞速度小于等于1 100 m/s时活性破片主要于中靶后方发生反应,碰撞速度提升至1 300 m/s后破片的主要反应位置转移至中靶前方;随着碰撞速度增加,中靶的穿孔面积呈先增大后减小趋势,隆起范围不断增加.     

多层预制破片战斗部数值仿真方法及起爆方式影响

为研究多层预制破片的飞散规律,对某结构多层预制破片战斗部的数值仿真方法和爆轰驱动特性进行分析.通过对比流固耦合模型、单层网格模型和小角度模型的适用性,采用侵蚀单面自动接触算法,建立合理的数值计算模型.利用LS-DYNA软件,对单点、对称两点和三点起爆方式下爆轰波传播特性、多层预制破片飞散形态、破片初速和飞散角进行计算和比较.计算结果表明,数值计算模型可以考虑多层破片之间的挤压、摩擦和翻滚效应;对称两点起爆和三点起爆可有效提高预制破片的最大初速和平均初速;起爆点数量增加,密集破片区域飞散角逐渐增大.     

起爆方式对双聚焦战斗部性能的影响

为了分析起爆点数量和位置对双聚焦式战斗部破片飞散特性的影响,对某型号的双聚焦式破片战斗部进行了数值仿真,仿真结果与试验值具有较好的一致性,对比分析了采用不同起爆方式时破片的飞散特性. 研究结果表明,轴向起爆时改变起爆点的位置和数量对破片初速影响小,对聚焦效果影响大;采用偏心起爆时,破片初速与起爆半径成正比关系,起爆点的周向夹角对破片飞散特性影响小,偏心轴向上起爆点数量和位置影响较大. 适当改变起爆点位置和数量能优化破片飞散,增强聚焦带对目标的毁伤作用.      

椭圆截面杀伤战斗部破片初速沿周向分布规律

为研究异形结构杀伤战斗部破片速度及其分布规律,选择了椭圆截面柱状战斗部结构为研究对象,首先应用有限元数值方法,得到了不同短长轴之比、不同装药质量C与壳体质量M之比β的战斗部壳体加速规律,并且模拟得到了与各椭圆截面战斗部具有相等C/M的圆柱状战斗部的破片初速,近而得到了与圆形截面战斗部破片初速相等时的椭圆截面战斗部方位角δ,δ随短长轴之比和C/M变化;基于Gurney公式,通过对其β以及能量损耗进行修正,得到了椭圆截面战斗部壳体破片初速沿周向分布规律和破片初速计算公式.计算结果表明,破片初速在周向上沿短轴方向最大,沿长轴方向最小.     

不同起爆方式下对圆弧形聚焦战斗部模拟仿真

基于产生聚焦式杀伤破片的目的,利用爆轰波传播理论和数值仿真方法,分析了起爆方式对圆弧形聚焦战斗部破片飞散规律的影响. 理论计算和模拟仿真的结果表明:起爆方式对圆弧形聚焦战斗部的破片飞散规律有很大影响. 起爆方式不同引起爆轰波对壳体的入射角不同,从而影响破片的偏转角和破片飞散初速,最终影响破片的聚焦效果,其中以中心轴线起爆的破片更集中.     

一种基于侵彻能力和散布均匀性的斜向破片式战斗部设计

为了实现破片对高速运动小目标的斜向高效、均匀侵彻,根据爆轰波传播特点和爆炸驱动理论,设计了一种斜向破片式战斗部,以2mm厚Q235钢板为目标借助于数值模拟和试验考察分析了战斗部结构、起爆方式等对破片侵彻能力和散布密度、散布均匀性的影响。结果表明：破片在52.3度斜向角内对2mm厚的Q235的穿透率达96.6％,破片在该方向范围内散布均匀,三点起爆方式更有利于提高破片散布均匀性和速度一致性。     

爆炸变形定向战斗部破片控制研究

基于爆炸变形定向战斗部研究,建立了变形后壳体的形状计算模型,并依据此模型推导出变形壳体的破片飞散速度和飞散方向的计算公式,利用该公式可对变形壳体进行壳体变形设计. 脉冲X光照相实验和模拟弹静爆实验结果表明,变形壳体的破片初速及破片分布计算公式是可行的.     

奥克托今基战斗部装药与壳体匹配关系的数值模拟

自然破片战斗部装药与壳体之间的匹配关系对破片的形成起着至关重要的作用,破片的数量直接影响战斗部的毁伤威力。本文以某HMX基浇注PBX炸药作为杀爆战斗部主装药,为研究主装药与壳体材料及厚度之间的匹配关系,建立简化缩比战斗部有限元模型,选取30CrMnSi、4340钢、45钢三种材质作为壳体材料,并设置每种壳体的厚度分别为5 mm、5.5 mm、6 mm、6.5 mm、7 mm,采用AUTODYN软件中的Stochastic随机破坏模型对自然破片战斗部的爆炸过程进行模拟。结果表明,当主装药浇注PBX炸药爆炸时,壳体厚度为6.5 mm的4340钢作产生的有效破片数量最多,为325 个,并且有效破片占破片总数的比例较优,达到43.10%;其动能大于98 J的破片数量最多,为276 个。研究结果可以为杀爆战斗部的设计提供一定理论支撑。     

壳体材料对破片穿甲威力的影响

对某型战斗部分别使用铝合金和钛合金壳体时破片穿甲能力进行了研究,发现破片相同时,钛合金壳体降低了其破片穿甲率。根据破片穿甲理论,提出对破片进行优化,提高其打击比动能,即提高破片存速并降低其打击面积的方法来解决钛合金壳体对破片穿甲率的影响,并通过数值模拟和靶场试验对其可行性进行研究。结果表明,优化后破片的极限穿深得到了提高,有效地解决了钛合金壳体对破片穿甲率影响的问题。     

强冲击载荷下战斗部材料的抗爆性能研究

为研究强冲击载荷下战斗部材料的抗爆性能,针对爆炸驱动结构的辅助装药防护层材料选择设计了一种分层结构,采用数值模拟的方法研究了不同材料组合形式的防护层结构在炸药作用下的爆炸驱动过程,对B炸药和黑火药作为辅助装药两种情况下不同金属防护层材料组合进行了静爆实验. 研究结果表明,隔爆性能最佳的2层45#钢+LY12铝合金形式防护层在B炸药起爆下发生较为明显的破坏,而隔爆性能最弱的3层全部为LY12铝合金的防护层在黑火药引燃作用下仍为完好壳体.      

活性破片终点毁伤威力试验研究

针对活性破片终点毁伤威力问题,采用试验研究的方法,分析了活性破片的击穿能力、引燃能力和引爆能力. 结果表明,2.5 g活性破片在870 m/s以上碰撞速度条件下,能可靠击穿8 mm厚LY12硬铝,侵孔直径约为自身直径的1.6~2.0倍;10 g活性破片以大于800 m/s左右速度击穿10 mm厚LY12硬铝板后,可靠引燃航空煤油;10 g活性破片以大于960 m/s左右速度击穿6 mm厚A3钢板后,可靠引爆战斗部装药. 结合活性破片击穿能力可知,活性破片贯穿一定厚度靶板并达到其起爆阈值,就能引燃燃油或引爆装药.      

反应破片对中厚铝合金靶的侵彻效应研究

 研究反应破片对中厚铝合金靶的侵彻效应。设计了一种单发反应破片侵彻效应研究的试验装置,研究了反应破片在不同撞击速度下对中厚铝合金靶的侵彻效应;并利用AUTODYN-2D软件建立了反应破片侵彻中厚铝合金靶板效应的数值模拟方法。结果表明:Al/PTFE反应破片在高速撞击下具有动能和化学能双重毁伤效应,在1346~1645m/s的撞击速度下可发生点火和能量释放,在20mm厚铝合金靶上形成3.41~6.51mm的侵孔,在此基础上开展的数值模拟结果与试验结果也有较好吻合。     

动能杆战斗部杆条抛撒规律及散布场数值仿真

针对新概念动能杆反导战斗部,采用数值模拟方法,系统地研究了中心式动能杆战斗部的杆条排布参数、抛撒装药参数和填充介质等主要因素对动能杆径向抛撒速度的影响,得到了动能杆抛撒规律;以经典的格尼(Gurney)公式为基础,通过引入修正函数对数值模拟结果进行数据处理,建立动能杆条抛撒速度的工程计算模型,试验验证结果表明,该计算模型能为工程设计提供帮助.运用该计算模型,采用虚拟现实技术,对杆条散布场进行了实时三维仿真.     

线性聚焦式杀伤战斗部设计及破片飞散特性

为进一步提升杀伤战斗部破片聚焦效应，开展了线性聚焦式杀伤战斗部设计及破片飞散特性研究. 基于破片线性聚焦原理，研究了破片排布方法. 引入装药长度修正系数，建立了等冲量装药曲线理论模型，掌握了线性聚焦式杀伤战斗部破片驱动及速度分布特征，揭示了战斗部装药长度及其修正系数对破片平均飞散速度、速度分布幅值、速度分布标准差等飞散特性参数影响规律. 结果表明，装药长度一定时，随修正系数增加，破片平均速度增大，速度分布幅值、标准偏差均降低，修正系数一定时，随装药长度增加，破片平均速度、速度分布幅值和标准偏差均增加. 研究结果可为聚焦杀伤战斗部设计提供新的技术途径.      

预制破片战斗部爆轰产物泄露数值模拟

预制破片战斗部具有破片质量和形状近似100%可控的优点,但其爆轰产物的过早泄露会影响破片的加速过程.为了分析爆轰产物泄露对破片威力的影响,利用数值模拟方法对某预制破片战斗部的爆轰泄露过程进行了研究,并分析了炸药采用不同仿真算法所得结果与试验的吻合情况.结果表明:端面中心起爆时,爆轰泄露主要发生在周向,对破片飞散形态影响较大;流固耦合算法计算得到的破片速度和飞散角与试验吻合最好,最小平均相对误差分别为1.12%和0.56%;综合计算鲁棒性、计算精度、计算时间等,流固耦合算法较适用于爆轰产物泄露的研究.      

钨合金破片对钢板和铝板的高速穿甲实验及数值模拟

研究钨合金破片对有限厚钢板和铝板的穿甲效应. 采用12.7 mm滑膛弹道枪,57.5 mm/14.5 mm二级轻气炮以及通靶速度测试装置组成实验系统进行3g（直径7 mm）球形钨合金破片对9.64,11.78,14.81,15.89和17.9 mm厚Q235A钢板和10.16,20.38 mm厚2A12铝板的穿甲实验,通过实验获得球形钨合金破片对不同厚度金属板的弹道极限以及对Q235A钢板的极限贯穿厚度;采用扫描电镜（SEM）对实验后回收破片进行了微观结构特征观察,分析了不同弹靶作用条件下钨合金破片的失效机理. 进行了与实验相同弹靶结构的数值模拟研究,通过数值模拟研究了破片对金属板侵彻过程中的阻力变化特征. 结果表明,钢板较高的密度是存在极限贯穿厚度的主要原因.     

LEFP战斗部毁伤元成型及初速分析研究

线形爆炸成型弹丸(LEFP)战斗部近些年成为研究热点。以一种大长径比LEFP战斗部为研究对象,为了更精确地估算LEFP初速,利用数值模拟技术,对LEFP成型结果以及初速度进行仿真。通过研究LEFP各点初速分布,对格尼公式进行修正,求得适用于估算LEFP初速估算的修正格尼公式。在此基础上,提出符合LEFP战斗部的有效装药模型。通过试验研究,检验LEFP毁伤能力,并对毁伤元初速的试验结果、数值模拟结果、修正型格尼公式计算结果进行对比,验证修正后的格尼公式适用于LEFP战斗部的毁伤元初速估算。