药型罩锥角和壁厚对聚能射流速度影响的分析

本文采用数值模拟方法,对药型罩结构进行优化设计,建立了金属射流形成过程计算模型,采用自适应网格技术,计算分析了不同锥角和壁厚对聚能装药射流速度的影响. 设计了射流穿靶实验,采用靶网测速法测量了金属射流的速度,通过观察金属射流形成的杵体及侵彻靶板的孔径,获得了金属射流的直径. 结果表明设计的聚能装药射流在炸高40 mm处的平均速度为7800 m/s,射流直径为7.55 mm左右.     

钛合金药型罩聚能装药射流成型与侵彻实验研究

为研究轻质合金药型罩的侵彻性能,采用X光照相技术对两种大锥角钛合金药型罩的射流成型及其对钢靶的侵彻行为进行了实验研究. 结果表明,140°锥角药型罩产生的射流近似为EFP,其对钢靶的侵彻半径大,但侵深较浅. 120°锥角药型罩在中心起爆时,形成杆式射流;而环形起爆时,则形成典型射流,其侵彻深度比中心起爆有较大提高. 此外与铜质药型罩相比,其侵彻孔径得到明显提高. 因此,采用轻质合金和环形起爆,可以在保证大锥角药型罩较高能量利用率的同时增大开孔孔径和侵彻深度.      

药型罩形状对活性聚能侵彻体成型的影响

结合理论与数值模拟,对3种不同形状药型罩活性聚能侵彻体的成型行为开展了研究.数值模拟结果表明,在聚能效应下,球缺罩和大锥角圆锥罩形成尾部带有碎片云的类杆状活性聚能侵彻体,而小锥角圆锥罩则形成活性射流.相比于活性射流,类杆状活性聚能侵彻体速度较低,但凝聚性较好.进一步结合活性材料反应动力学方程,对活性聚能侵彻体成型激活反应行为进行分析.分析结果表明：活性射流激活区位于杵体外壁、射流头部和轴线附近;随炸高增加,激活区内活性材料反应不断加剧,特别是射流头部和轴线附近材料的反应,将导致活性射流膨胀发散,不利于侵彻;而类杆状活性聚能侵彻体激活区域主要集中在尾部碎片区和杆尾中心部位,化学反应对其影响相对较小.     

铝药型罩环形聚能射流的数值模拟

基于一种药型罩材料为铝的环形聚能装药结构,通过Autodyn软件模拟不同起爆方式（起爆环直径D₁）和不同长径比（L/D）的装药,计算得到环形射流的成型过程和速度分布曲线.分析数值模拟结果发现:环形射流成型过程主要受长径比影响,长径比较小时射流发生内偏,长径比较大时射流发生外偏;射流轴向速度主要受长径比影响,长径比越大轴向速度越大,头部轴向速度最大相差约700 m/s;射流径向速度主要受起爆方式影响,平均径向速度最大相差为220 m/s,起爆环直径和长径比在较小或较大时,射流径向速度梯度较大;结合射流成型和速度结果,D₁=0.5D、L/D=1.0时射流综合性能较好.侵彻混凝土板试验的通孔直径为装药直径的2.6倍,数值模拟结果与试验结果误差为7.7%,验证了计算模型及算法的合理性.      

不同材料模型的药型罩对仿真结果的影响

应用ANSYS/LS-DYNA的聚能装药侵彻仿真时,药型罩材料模型的选择有多种,对仿真结果之间的差别进行了比较.在炸药、药型罩结构等条件相同的情况下,选择Johnson-Cook与Steinberg两种材料模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件对聚能射流侵彻靶板进行仿真.对比仿真结果,得出两种模型都能很好地模拟射流的形成及侵彻过程,且各时刻射流头部最高速度差值很小.     

药型罩锥角对聚能杆式侵彻体成型的影响

聚能杆式侵彻体主要用来对付新型防护装甲和混凝土工事、武装直升机和大型水面舰艇等目标。本文就药型罩锥角对聚能杆式侵彻体成型的影响进行研究,根据射流形成理论分析得到了射流微元头尾速度比与药型罩锥角和压垮角之间的关系,并采用观察不同锥角的药型罩结构所形成的侵彻体,在远距离飞行下的断裂情况,来验证射流微元头尾速度比与药型罩锥角和压垮角的关系,实验结果表明射流微元头尾速度比随着压垮角的增大而增大,与理论分析吻合。     

不同材料模型药型罩数值仿真结果对比

应用ANSYS/LS-DYNA的聚能装药侵彻仿真时,药型罩材料模型的选择有多种,对仿真结果之间的差别进行了比较。在炸药、药型罩结构等条件相同的情况下,选择Johnson-Cook与Steinberg两种材料模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件对聚能射流侵彻靶板进行仿真。对比仿真结果,得出两种模型都能很好地模拟射流的形成及侵彻过程,且各时刻射流头部最高速度差值很小。     

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.     

药型罩对聚能射流速度影响的数值模拟分析

为了研究药型罩对聚能射流破甲威力的影响,利用LS-DYNA动力有限元计算程序对聚能射流形成过程进行了数值模拟.在此基础上着重应用数值模拟方法分析了药型罩锥角、药型罩壁厚、药型罩形状对聚能射流速度的影响,得到了射流速度与药型罩的关系,射流速度随药型罩锥角的减小而增加,随药型罩壁厚的增加而降低,喇叭形罩比圆锥罩速度大.从而为聚能射流药型罩的设计提供参考.     

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.      

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.     

玻璃及玻璃/钨复合材料药型罩的静破甲特性研究

为研究玻璃及玻璃/钨复合材料药型罩射流与靶板间的反应及其对破甲性能的影响,对两种材料射流侵彻后的45钢靶分别进行组织和性能测试分析.结果表明:玻璃药型罩适合在较大炸高条件下使用,而玻璃/钨药型罩适合在小炸高条件下使用.侵彻过程中玻璃射流与钢靶之间不发生反应,而玻璃/钨与钢靶之间发生反应生成了Fe-W相,使得射流能量部分横向耗散.玻璃及玻璃/钨射流在侵彻钢靶的过程中均会引起弹孔表面发生马氏体相变,且随着侵彻的深入,相变区域宽度呈增加的趋势.      

药型罩参数对聚能装药水下作用效应的影响

数值模拟和实验研究聚能装药水下作用行为,初步获得了药型罩形状、厚度、曲率及半径中心等参数对聚能装药水下作用的影响特性.AUTODYN-2D数值模拟与实验结果均表明,罩形是影响聚能装药水下作用行为的决定性因素,偏心亚半球形罩装药水下作用可有效形成空腔随进效应,而且穿过相同水层厚度后对验证靶的破甲能力明显优于锥形罩和双曲罩聚能装药.罩厚对杆式侵彻体初速有显著影响,罩曲率中心及半径则主要影响杆式侵彻体的初始形状及速度.     

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.      

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.     

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.      

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.