含能破片冲击引爆屏蔽炸药研究

基于一维冲击波理论和Walker与Wasley的冲击起爆能量判据,对含能破片冲击屏蔽炸药过程进行了理论与数值分析.分别考虑了破片类型、破片尺寸和屏蔽壳厚度对冲击起爆的影响.结果显示,钢壳破片起爆能力优于铝壳破片,临界起爆速度随着含能材料直径的增长和屏蔽壳厚度的减小而降低;理论模型与数值计算结果吻合较好.由实验研究发现,与普通惰性破片的毁伤作用机理不同,含能破片主要是利用冲击波能量引发含能物质反应,反应释放的化学能与冲击波能量叠加对目标进行毁伤;能量输出方式主要为化学反应能.     

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.     

高密度活性破片碰撞双层靶毁伤效应

 采用弹道碰撞实验,对高密度冷压成型和烧结硬化PTFE/Al/W活性破片正碰撞双层间隔铝板毁伤效应问题进行研究。实验结果表明,在高速碰撞条件下,活性破片对前靶的作用主要体现为动能贯穿破坏,与前靶相比,后靶毁伤更为严重,表现为更大的穿孔尺寸和毁伤面积,并伴随有显著的隆起及裂纹等结构破坏。引入裂纹扩展理论,分析了碰撞速度及靶板厚度对活性破片动能侵彻和爆炸作用联合毁伤效应的影响,从机理上揭示了后靶结构毁伤行为和效应。     

某型活性破片毁伤后效试验研究与分析

从活性破片的毁伤机理和毁伤模式出发,研究了单枚活性破片的杀伤概率与破片空间分布密度的关系;并通过试验的方法获得了活性破片对屏蔽燃油和炸药的毁伤能力。在此基础上分析和计算了某型导弹战斗部装填活性破片对轻型装甲车辆油箱和导弹发射车的毁伤威力。     

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.     

活性破片战斗部威力评价方法

针对活性破片战斗部设计和威力指标论证,从活性破片毁伤机理和毁伤模式出发,提出了一种活性破片战斗部威力评价方法,并建立了相应的威力评价模型.算例分析表明,以燃油箱为打击目标,同口径活性破片战斗部威力半径比钢破片战斗部提高2.8倍.活性破片密度、单枚活性破片质量和杀伤动能等对活性破片战斗部威力半径有显著影响.增加活性破片密度、采用高格尼常数炸药,有利于进一步增大活性破片战斗部的威力半径.     

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。     

活性破片对钢板侵彻性能的实验研究

进行了弹道枪发射实验,研究了活性破片对钢板侵彻性能和毁伤效应。测量破片穿透不同厚度钢板的临界速度,采用高速摄影仪观察破片侵彻钢板过程和反应现象。实验结果表明,活性破片在497~1374 m/s速度范围内,撞击钢板时发生了反应,并伴随有强烈的燃烧、爆炸现象。在战斗部设计关心的1 500~2 200 m/s范围内,活性破片对典型的6 mm厚等效钢板具有足够的侵彻能力;且穿孔直径大于惰性钢破片。聚合物基体材料的强度低和撞靶反应是造成活性破片侵彻穿甲能力弱于钢破片的主要原因。活性材料强度和密度相对钢靶较低,导致撞击靶板过程中发生较大的镦粗变形以及侵靶过程中反应对靶孔产生径向膨胀效应使穿孔孔径增加。     

活性破片引爆屏蔽装药机理研究

采用弹道实验对活性破片引爆屏蔽装药作用行为进行研究,且与同质量钨合金破片引爆能力进行对比,并基于AUTODYN-2D平台对破片冲击起爆屏蔽装药行为展开数值模拟研究,通过数值模拟与实验结果的对比得到活性破片引爆屏蔽装药机理.结果表明,10g活性破片在1 287m/s以上碰撞速度下,能可靠引爆设有10mm厚LY12硬铝或6mm厚A3钢面板的注装B炸药,而同质量钨合金破片在1 527m/s碰撞速度下,只能造成屏蔽装药碎裂而不能将其引爆.活性破片撞击金属面板后,自身在装药内部发生的剧烈化学反应是其引爆装药的主控机制,这显著降低了破片引爆屏蔽装药所需的动能.     

PTFE基含能破片的能量释放特性研究

本文利用弹道枪作为加载方式模拟破片弹靶作用状态,研究了冷压烧结制备的6种含能材料在冲击条件下的能量释放特性,并利用高速摄影记录实验现象.实验结果表明：含能材料的毁伤效果明显优于惰性材料;Al/W/PTFE含能破片释放的能量最多,Ti/W/PTFE含能破片的火光持续时间最长.     

典型反应破片冲击反应压力特性试验研究

为研究金属-氟聚物、铝热剂和金属间化合物等3种类型反应材料的冲击反应压力特性,选择Al-PTFE、Al-Fe₂O₃以及Al-Ni制成反应破片,基于弹道枪驱动发射,使破片冲击前置靶板,并在密闭箱体内发生剧烈化学反应,通过箱壁上不同位置处的压力传感器记录箱体内的动态压力散布特征. 试验结果显示,同体积反应破片以1 200 m/s冲击贯穿2 mm厚LY-12硬铝板,进入密闭试验箱内产生的反应压力峰值p_Al-Ni >p_Al-Fe2O3 >p_Al-PTFE;Al-Ni,Al-Fe₂O₃和Al-PTFE的能量释放率依次为74%、40%和10%,并且在试验中观察到了因反应材料二次燃烧反应消耗气体产生的负压峰值.     

立方形破片对钢靶的穿甲威力研究

利用14.5 mm弹道枪通过六射弹弹道极限法,结合LS-DYNA数值计算法研究了8 g立方形钢破片和3 g、8 g立方形钨合金破片垂直侵彻Q235钢靶板的v50弹道极限速度,并分析了三种类型破片在v50弹道极限速度附近的穿甲机理、穿甲威力等。结果表明,三种破片在侵彻靶板时具有相同的穿甲机理,两种类型的钨合金破片具有良好的穿甲效果。在冲击比动能相差不大的情况下,贯穿5 mm靶时,破片材料的密度是影响穿甲威力的主要因素;而贯穿10 mm靶时,破片的密度和质量共同决定着破片的穿甲威力。     

金属添加剂对氟聚物冲击反应材料能量特性的影响

通过分析铝/聚四氟乙烯和镁/聚四氟乙烯冲击反应材料的能量特性,以铝/聚四氟乙烯反应材料为对比典型基准材料,分别用铝粉和镁粉的混合物、铝镁合金粉末代替反应材料中的铝粉,使用Matlab编程分析比较了两种替代材料单位质量的反应热,并提出一种能量特性的评价方法评价了两种替代反应材料在同体积同初速条件下的总能量. 结果表明,两种替代反应材料单位质量的反应热均高于铝/聚四氟乙烯反应材料. 在同体积同初速条件下,铝-镁/聚四氟乙烯反应材料总能量低于铝/聚四氟乙烯反应材料,而在常用的侵彻速度条件下,铝-镁/聚四氟乙烯反应材料的总能量高于铝/聚四氟乙烯反应材料.     

Al/PTFE活性材料弹丸冲击/爆燃行为数值模拟研究

针对活性材料冲击/爆燃释能行为的定量研究问题,基于AUTODYN软件的二次开发功能,编写了适用于活性材料的状态方程、点火模型及整体反应度计算子程序,实现了对活性材料弹丸在高速侵彻过程中爆燃反应行为的数值模拟.通过对Al/PTFE活性材料弹丸高速碰撞2024铝合金间隔靶板的数值模拟,得到了碰撞过程中活性破片的形貌演化规律,以及粒子反应度、温度、压力等参量随时间的变化曲线,进而实现了对活性材料冲击/爆燃释能行为的定量分析. 结果表明,反应度随时间的变化趋势与试验中活性材料弹丸释能发光的变化趋势一致,温度计算与先前试验结果相符,说明该数值模拟方法可以很好地反映Al/PTFE活性材料弹丸在高速撞击过程中的冲击/爆燃释能过程.