提高聚能效果技术研究

论述了聚能装药的形成聚能效应机理,还有最新理论成果,药罩的结构、材料、加工等因素对聚能效应的影响;指出了成型装药的发展方向,复合药罩的使用,对爆轰波形的控制,是提高聚能效果的突破口。     

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.      

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.     

新型活性复合射流成型及侵彻混凝土研究

为了兼顾活性复合射流对目标的侵爆联合毁伤效应,提出了一种新型活性复合药型罩聚能装药结构.采用正交设计方法,基于Autodyn-2D数值模拟平台对新型活性复合罩聚能装药结构进行了优化设计,获得了复合罩总壁厚、内罩口径比、内罩壁厚比、复合罩锥角及炸高对新结构聚能装药作用混凝土的侵彻深度、开孔直径、活性材料流入量与平均流入深度的影响规律,优化出了一组新型活性复合罩结构,并开展了新结构聚能装药作用混凝土靶的静爆实验,实验结果与仿真计算的侵深基本吻合.此外,实验结果还表明：在这种新结构活性复合射流侵爆联合作用下,可使混凝土表面形成较大崩落区,且形成的入孔孔径与仿真结果相比明显较大,这些现象表明活性材料发生了剧烈爆燃效应,可造成二次扩孔效应.     

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.     

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。     

基于不同状态方程的聚能装药爆轰波形对比及验证

为了对典型JO-9159聚能装药的爆轰波形进行分析,分别通过JWL状态方程、JWL与γ律联合方程表征JO-9159聚能装药的爆轰产物状态,计算得到了基于不同状态方程的爆轰波传播轨迹。采用高速扫描相机获得了该装药在特定位置处的爆轰波形随时间的变化规律,通过仿真与试验结果对比表明:通过JWL与γ律联合方程计算得到的爆轰波传播轨迹与试验结果更为接近,说明该方程可以更准确地描述JO-9159聚能装药的爆轰产物状态。研究结果可为聚能装药爆轰波形分析及破甲战斗部设计提供参考。     

聚能射流形成及破甲过程的数值模拟分析

通过有限元显式动力分析软件的显式算法,对工程普遍使用的某一型号石油射孔弹装药爆破的聚能射流形成过程和对射孔枪壁的侵彻作用进行了数值模拟,对其模拟结果进行了讨论.分析了与破甲深度密切相关的炸高参数的特性.计算结果与射孔枪聚能射流形成及破甲的物理现象和规律相吻合,说明该计算模型和模拟方法合理、可行,可用于聚能装药的优化设计,对石油射孔弹生产及科研有一定的作用.     

无罩线形聚能装药近场爆炸载荷分析

为研究装药半楔角度对无罩线形聚能装药近场爆炸载荷的影响,利用Autodyn有限元分析软件的二维多物质欧拉算法对不同半楔角（40°、50°、60°、65°和80°等）的线形聚能结构爆炸后冲击波的产生和传播过程进行了数值模拟。分析了冲击波的形成过程,得到了各装药爆炸后的近场不同位置(距离爆炸中心15、20、25和30 m等)处冲击波超压及比冲量值,研究了半楔角和位置对爆炸载荷的影响。研究表明,无罩线形聚能装药结构的最优半楔角为65°左右,且距装药开口方向约2 m处爆炸冲击波的综合作用能力最强。     

聚能战斗部壳体与装药匹配性试验研究

针对聚能战斗部设计过程中常见的有隔板装药在带金属钢壳后破甲穿深明显下降、穿深稳定性变差的问题,采用爆炸产物一维膨胀流动模型,分析了作用于药型罩的爆炸载荷影响射流形成和破甲威力下降的原因。对有隔板聚能战斗部在带钢壳后的装药结构参数进行匹配性设计,通过试验验证了带壳后聚能战斗部的破甲威力。结果表明,装药匹配性设计后,带壳聚能战斗部的破甲威力已与无壳时的水平相当,达约10倍装药直径;相比较其穿孔直径增大20%以上,使相对应的射流穿孔容积提高了40%。可见,装药匹配性设计既解决了聚能战斗部带壳后的穿深下降等问题,又提高了射流对装甲目标的破甲/毁伤后效。     

基于正交试验法研究线型聚能装药结构对双层靶板的作用

为能侵彻双层间隔靶,研究一种线型聚能装药结构,优化装药结构各个参数。基于正交试验方法提出对各射流指标进行装药结构参数的组合设计方案,通过仿真模拟并提取射流数据,研究不同参数间的交互作用,获得高置信水平的优化装药结构设计方法。进一步通过单项试验验证了仿真结果和正交分析的有效性,获得了侵彻双层靶板的线型聚能装药结构的最优组合。     

基于LS-DYNA 3D的聚能装药数值模拟规律验证与检验

针对当前广泛应用的商用数值模拟软件LS-DYNA 3D,开展了聚能装药射流成型与侵彻数值模拟结果可信度研究,对美国BRL-82基准弹进行数值模拟规律验证.结果表明：对轴对称聚能装药结构,药型罩壁厚网格数δ=4,对应装药、射流成型及侵彻通道的关键区域网格单元划分0.25 mm;射流成型采用多物质全Euler算法,侵彻采用多物质流固耦合算法,计算结果可信度较高.此外,铜药型罩材料本构模型选为Steinberg或Johnson-Cook时,对射流成型及侵彻计算结果可信度影响较小.设计了直径为56 mm的聚能装药,基于上述验证规律对其射流成型及侵彻进行数值模拟,通过脉冲X光和静破甲实验对该结果可信度进行了检验.     

聚能效应在高能气体压裂中的应用研究

本文简略介绍了凝聚炸药爆轰波基本方程及其参数的近似计算;对实用中的混合装药性能参数的确定、裸眼井聚能装药定向开裂造缝原理、造缝深度估算及其影响因素、套管井聚能复合射孔造缝提示等作了探讨性说明.指出聚能效应在我国特殊油气藏的开发中,作为预处理技术,将发挥巨大作用.     

聚能射流问题的数值模拟

基于多物质流体的Euler算法，用面向对象的C 语言自行编制了M-MMIC通用多物质二维流体弹塑性程序，对锥形聚能装药形成过程进行了数值模拟，并用VISC2D可视化软件对射流的形成过程进行动画演示，计算结果符合聚能射流形成的物理现象和规律，说明该物理模型和数值算法比较合理，可用于指导聚能破甲战斗部的工程设计。     

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。     

聚能装药消声技术试验

为了控制聚能装药爆炸危害效应,降低爆炸噪声,拓展聚能装药的应用空间,在参照膛口消声器和工业用消声器的基础上,为聚能装药设计了3种消声装置。对不同结构不同参数消声装置进行试验。试验表明,结构外径80 mm的小孔扩散消声装置具有足够的结构强度,聚能射流可穿透40 mm厚均质45#钢靶板,在30 m距离上测到的噪声降到了60 dB,可在工业安全应用中,达到预期设计要求。     

半球型药型罩聚能装药侵彻混凝土的数值模拟

本文采用Ls_dyna有限元分析软件对半球型药型罩聚能装药爆炸形成杆式聚能侵彻体及其对混凝土的侵彻作用进行了数值模拟,结合威力效应实验,对其成型及侵彻过程进行了研究,获得了半球型药型罩装药结构形成侵彻体的形状、头尾速度及它们对混凝土靶的侵彻参量。初步获得半球型罩对混凝土目标的毁伤特性,为同类装药优化设计提供参考。     

爆炸成型弹丸对含水复合装甲侵彻的实验研究

对用于反舰(潜)复合式鱼雷战斗部的前级聚能装药爆炸成型弹丸进行了成型实验及其对多层含水复合装甲的侵彻实验,利用脉冲X光高速摄影技术和电探针测试技术得到了爆炸成型弹丸的飞行特性和对含水复合装甲的侵彻规律. 实验结果表明,采用变壁厚球缺罩聚能装药战斗部有利于侵彻大间隔含水复合装甲防护结构,为复合式鱼雷战斗部的优化设计提供参考.     

不同口径聚能装药射流引爆带壳装药数值模拟

为分析装填钝感高能炸药TATB装药壳体厚度对射流冲击引爆的影响,采用动力学有限差分程序Autodyn,建立了50 mm口径聚能装药对不同厚度钢壳体冲击引爆数值模型,模拟分析了聚能射流冲击带壳装药过程中冲击波传播和炸药反应的情况.在此基础上,开展了50 mm和75 mm口径聚能装药对覆盖有混凝土层的带壳装药冲击引爆数值模拟,模拟结果与射流冲击引爆经验判据一致,说明数值建模方法具有一定的合理性.模拟分析表明,随着被冲击装药壳体厚度的增加,炸药引爆机制由射流冲击产生的前驱波引爆转化为前驱波与冲击剪切变形共同引爆.研究结果对反导战斗部设计具有一定的参考价值.     

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.