定向式动能杆战斗部飞散实验研究

动能杆战斗部是一种新概念防空反导战斗部。采用软管X光闪光照相技术测试了定向式动能杆战斗部在不同装药厚度、不同装药宽度以及不同杆间距情况下动能杆的飞散情况。由动能杆的散布图像计算了动能杆的飞散速度及飞散角。研究结果给出了装药宽度、装药厚度、杆间距等对动能杆飞散形状、飞散速度和飞散角的影响的规律性认识。     

动能深侵彻弹的力学设计(Ⅱ):弹靶的相关力学分析与实例

介绍了作者关于动能深侵彻弹研究的部分工作。单纯动能弹侵彻存在侵彻深度上限，在技战术指标一定的前提条件下，弹体结构的优化可令动能深侵彻弹尽可能实现最大侵深。其中弹体结构的力学设计尤为重要，如弹形、弹材、质量比、长径比等。进一步开展弹体结构设计的力学研究，包括头部设计、战斗部后盖、装填比、弹形和弹材、侵彻效应中的尺度律、混凝土靶的设计，最后给出若干实例。     

串联随进战斗部垂直侵彻装甲钢板实验研究

设计了一种串联随进战斗部,作用时前级聚能装药形成聚能杆式侵彻体对靶板进行侵彻开孔,随后后级随进子弹依靠动能嵌入到开孔的靶板中,实现对目标的毁伤与封锁。在着靶速度为220～330m/s范围内,开展了对该串联战斗部垂直作用于不同厚度装甲钢板的侵彻实验研究。实验结果表明,在230～300m/s范围内,此种结构的串联随进战斗部可以有效作用,随进子弹的嵌入深度总体上随着撞击速度的提高而增大,随进子弹保持完整且嵌入牢固,能够有效实现对目标的毁伤与封锁。     

多点起爆下鼓形战斗部的威力特性

为调控对地弹药破片杀伤威力场,研究了一种鼓形战斗部在静爆和动爆下的威力特性。采用数值模拟研究了端面中心单点、中心单点两种起爆方式下,鼓形战斗部相较于同口径圆柱形战斗部在静爆下的破片威力特性及动爆下对地面装甲车辆目标的毁伤面积。在此基础上,调整鼓形战斗部起爆方式为偏心两线同时起爆、偏心两线序贯起爆及偏心两线同时-序贯起爆,计算了不同偏心起爆下鼓形战斗部静爆时的破片速度、飞散角和动爆时对车辆目标的毁伤面积及有效破片落地动能分布。研究表明,相比于同口径的圆柱形战斗部结构,鼓形战斗部的破片飞散角增大了55.98%,对地面军用车辆的毁伤面积最大增大了59.3%;相对于偏心两线同时起爆,偏心两线同时-序贯起爆的鼓形战斗部破片飞散角增大了18.0%,破片飞散的离散程度提高了11.48%;相对于装药中心单点起爆,偏心两线序贯起爆下鼓形战斗部的毁伤面积受炸高影响较小,在落角50°、落速200 m/s、炸高为9 m时的毁伤面积达47.15 m²。通过调整战斗部的结构和起爆方式,可有效增大破片的飞散角,增大破片对目标的覆盖面积,提高战斗部的毁伤效能。     

串联随进战斗部侵彻混凝土靶实验研究

设计了一种小尺寸串联随进战斗部,利用100 mm滑膛炮进行了不同弹速和不同着角下该战斗部侵彻混凝土靶实验。实验结果表明,前级聚能装药战斗部为二级随进战斗部的随进侵彻开辟了有利通道,串联战斗部的侵彻效果理想;尤其在小着角情况下侵彻,串联随进战斗部的侵彻效率大大提高。     

一种杆式多爆炸成型侵彻体战斗部

为进一步提高周向多爆炸成型侵彻体战斗部的毁伤效能,设计了一种爆炸成型杆式侵彻体战斗部。结合数值模拟方法,对侵彻体的成型过程及飞散效果进行模拟,分析了外衬对侵彻体成型质量的影响,并设计出侵彻体结构密实的杆式MEFP战斗部。制备了有外衬和无外衬两种战斗部原理样机并进行静爆实验。实验结果表明,无外衬战斗部成型侵彻体对3 m处40 mm厚45钢板平均穿深为27 mm,有外衬战斗部成型侵彻体可贯穿3 m处40 mm厚45钢板;侵彻体对靶板的侵彻实验结果与模拟结果一致。通过设计外衬结构,战斗部成型侵彻体的成型质量和侵彻威力都大幅度提高。     

破片聚焦战斗部的动态杀伤威力设计

破片聚焦战斗部威力设计通常针对静爆条件,但在实战条件下,由于弹目相对速度和战斗部沿轴线方向破片初速梯度的影响,破片动态飞散角将重新合成,导致聚焦破片散开,破片在靶面的分布密度大为降低(可降低到静态条件的1/2)。采用射击迹线法对破片聚焦战斗部在静爆和动态条件下的破片飞散过程和破片在靶面的分布密度进行了仿真研究,提出了破片聚焦战斗部的动态杀伤威力设计概念,以破片平行聚焦战斗部为例给出了动态杀伤威力的实现方法。     

战斗部轴向威力的增强

基于预制破片技术的杀伤战斗部周向破片场威力得到了很好的改善,但战斗部头部轴向破片较少,难以实现对空间域的完全封锁。为了改善杀伤战斗部轴向破片场分布,探索影响轴向预制破片飞散角和速度的影响因素,设计了一种轴向威力增强战斗部,通过改变战斗部头部形状、曲率半径并加装球形预制破片实现轴向威力增强。运用LS-DYNA软件对战斗部爆炸驱动全过程进行数值模拟,通过设置不同的起爆条件得到战斗部结构参数对轴向预制破片初速和飞散角的影响规律。仿真结果表明:预制破片的飞散角及速度与战斗部头部结构参数关系密切,采用圆弧形头部结构可显著提高预制破片的飞散速度和飞散角,使预制破片轴向封锁区域显著增大,大大增强战斗部轴向威力。     

平面分布式火力毁伤元的实验研究

单个EFP在毁伤面积上存在一定的局限性.为扩大EFP毁伤威力和毁伤面积,本文研制了一种高初速的EFP战斗部,设计出一种含有46个EFP的平面分布式火力毁伤元.首先采用X光实验技术对弹丸进行X光拍摄,通过对X光照片的判读获取弹丸的外形尺寸和飞行速度,完成单个EFP战斗部的优化设计;然后在靶场对优化后的EFP战斗部进行侵彻实验,通过靶场回收得到弹丸的外形尺寸,采用测速靶得到弹丸的飞行速度,进一步验证所设计变壁厚药型罩形成高速弹丸的稳定性;最后将EFP战斗部按一倍战斗部直径的间距集成在一个由聚氨酯材料形成的平板上,采用高速摄影技术对起爆后弹丸的飞行轨迹进行拍摄,通过对高速摄影录像的判读,获取弹丸的飞行轨迹,由此判断弹丸在飞行过程中是否发生发散.实验结果表明,所设计的EFP弹丸飞行速度约为2200m/s并具有较好的密实性,火力毁伤元起爆后所形成的弹幕没有发生发散,且具有较好的飞行稳定性.本文设计的平面分布式火力毁伤元可根据对毁伤面积的要求调整布置,扩大了EFP的应用范围.     

轴向增强战斗部端部惰性填充物对端部破片飞散特性的影响

在当前破片战斗部动态毁伤场设计中,中心盲区效应被视为影响战斗部毁伤效率提高的关键因素。轴向增强战斗部作为消除战斗部动态中心盲区的重要手段,越来越受到相关研究人员的重视。本文中基于光滑粒子流体力学计算方法,建立了一系列轴向增强战斗部（端部分别含有惰性聚氨酯填充物、尼龙填充物和爆炸填充物）在爆炸载荷作用下的破碎和碎片散布过程的数值模型,并用于研究战斗部前端填充物特性对壳体动态响应的影响。数值模拟结果表明,填充物对战斗部前部破片的速度影响显著,但对破片飞散角度影响较弱。通过比较特定碎片的速度历史曲线,分析了惰性填料对碎片速度的影响机理。研究结果表明,聚氨酯泡沫填充物可以显著延缓爆炸冲击波对前破片的加速过程,并在一定程度上降低爆炸载荷,尼龙填充物可以在一定程度上降低前向破片和侧向破片的加速度,从而表明爆炸载荷被引导均匀分布在末端位置周围。结合战斗部自身的牵连速度,使用低密度和低质量填料代替头部装药具有相同的动态毁伤效果,可以提高轴向增强战斗部的能量利用效率。     

低侵彻手枪弹入水侵彻性能数值模拟研究

利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟技术,对国产9 mm手枪弹头进行了2种新的设计,使其具有了高杀伤、低侵彻的性能。这两种设计完成的新弹型分别为软尖弹和空尖弹。通过对3种弹型入水过程的数值模拟,获得了他们的速度衰减曲线、位移曲线、相对动能曲线以及形成的瞬时空腔。其中,获得的正常手枪弹头的速度衰减曲线和实验速度衰减曲线相差很小。对获得的结果进行比较可以得出结论:在低侵彻性和高杀伤性方面空尖弹是优于软尖弹的。同时,通过对空尖弹斜入水进行计算可以得出结论:空尖弹在斜入水的过程中其弹道将会发生相应偏移。     

Modeling on mass abrasion of kinetic energy penetrator

An engineering model on mass abrasion of kinetic energy penetrator is presented to predict the nose shape and mass loss of the residual projectile after high-speed penetration into concrete. The experimental analysis indicates that the kinetic energy of penetrator (i.e., mass and velocity of projectile) and the hardness of aggregate of concrete significantly affect the mass abrasion of projectile. A theoretical upper limit exists for the mass loss. More general relationship between mass loss and impact function I of projectile is constructed. Graphical discussion declares that the most mass loss occurs on the nose of the projectile and the eroding nose approaches to an ogival shape with a smaller value of caliber-radius-head (CRH). A relative rate of mass abrasion on ogive-nose is further defined and analyzed. The mass loss from abrasion on kinetic energy (KE) penetrator may be evaluated through the variation of nose shape.     

动能侵彻弹体的质量侵蚀模型分析

通过对高速侵彻弹体的质量侵蚀实验现象进行分析,建立了质量侵蚀的工程理论模型,可对动能侵彻弹体头部侵蚀后的头形和质量侵蚀进行预期. 讨论弹体质量侵蚀的主要影响因素,认为弹体动能(或质量和速度)以及混凝土骨料硬度对弹体的质量侵蚀有显著影响,给出了更一般化的弹体质量侵蚀与撞击函数$I$的关系. 通过图形分析明确弹体的质量侵蚀主要发生于头部,并且侵蚀后的弹头仍接近尖卵形,可以通过头形变化预期弹体的质量损失.      

Projectile dynamics at low barrel pressures

A mathematical model for a projectile shot at low pressures in the space behind the projectile space is developed. The pressure rise is limited because of the nonsimultaneity of propellant ignition and combustion and the discharge of the propellant combustion products through the gap between the projectile and the walls of the gun barrel. The kinetic characteristics of flame propagation over the propellant particles are determined. A comparison of calculation and experimental data is performed. The calculation results are used in designing 2A85 self-propelled launchers and upgrading 2A30 self-propelled launchers. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 48, No. 6, pp. 44–49, November–December, 2007.     

基于Visco-SCRAM模型的侵彻装药点火研究

针对弹体侵彻过程中装药的安全性,基于黏弹性统计裂纹力学(visco-statistical crack mechanics, Visco-SCRAM)模型计算装药整体温升、装药裂纹摩擦生热以及弹体装药与壳体摩擦生热,考察这3种机制对装药温升的贡献以及侵彻装药的点火机制,得到了装药点火对应的弹体侵彻临界初始速度。结果表明:(1)装药与弹体内壁摩擦生热对装药温升有一定贡献,随着弹体初始撞击速度的提高,摩擦生热对温升的贡献逐渐增大;(2)黏性、损伤和绝热体积变化导致的装药整体温升对装药点火的作用有限; (3)裂纹摩擦形成热点是侵彻装药点火的物理机制;(4)采用Visco-SCRAM模型可预测低强度、长脉冲载荷作用下的装药点火响应。     

尖锥头长杆弹侵彻的界面击溃分析

在Alekseevski-Tate模型基础上, 理论分析了尖锥头长杆弹的界面击溃过程, 分别给出在锥头侵蚀阶段和弹身侵蚀阶段的弹体速度下降及质量侵蚀计算公式; 随后分析弹体的动能损失, 讨论半锥角对弹体动能损失的影响. 通过分析小子弹撞击陶瓷/金属复合靶板的例子, 验证了该理论的正确性, 并对比分析了尖锥头长杆弹与小子弹及平头长杆弹在界面击溃中动能损失之间的差异.      

长药室装药中多点点传火一维两相流数值模拟

针对药室长度超过3m的长药室装药设计问题,设计了以电点火具为点火源的多点点火系统,在点传火模拟实验装置上进行了多点点火的实验研究.同时,建立了点传火模拟实验装置中多点点传火过程的数学物理模型,采用MacCormack差分格式进行了数值求解,得到了点传火模拟装置中传火管的压力分布、固相和气相速度以及空隙率等数值解,分析了...     

穿甲机理的数值研究

为了深入开展穿甲机理的研究,本文对三组穿甲问题——钨弹以1000m/s打钢靶,钢弹以1000m/s打钢靶,钢弹以1000m/s打铝靶,作了数值研究,应用流体弹塑性力学模型,二维不定常欧拉型编码CPG-LTDL code进行计算,计算结果与试验对比符合良好。 对计算结果的分析指出:(1)弹丸侵彻能力不是取决于它的整体动能,而是取决于弹靶接触面上的压力,当靶板参数和弹材固定时,可用弹丸初始面积比动能来标志,(2)铝靶在抗侵彻过程中呈流体性态,高强度铝钣的抗侵彻性能不如普通的A3钢钣,因此应致力于研制具有抗高压、耐高温的新型铝材,而不是单纯追求提高铝材的常规强度。     

头部对称刻槽弹体侵彻半无限厚铝合金靶实验与理论模型

在综合考虑弹体结构稳定性及截面比动能的前提下, 提出一种介于尖卵形弹体及尖锥形弹体间的头部对称刻槽弹体, 以期达到提高侵彻深度的目的。以尖卵形弹体侵彻深度为基准, 开展头部对称刻槽弹体侵彻半无限厚铝合金靶实验。在此基础上, 推导得到可描述头部对称刻槽弹体侵彻2A12铝合金靶过程的局部相互作用模型。同时, 结合头部对称刻槽弹体侵彻后靶体破坏现象, 提出适用于头部对称刻槽弹体的靶体响应力, 进而确立头部对称刻槽弹体的侵彻深度模型。实验结果与理论计算表明, 头部对称刻槽弹体具有相对于尖卵形弹体更好的侵彻能力。头部对称刻槽弹体侵彻深度提高的原因是弹体头部结构截面比动能增加及其侵彻过程中的靶体弱化效应, 其中弱化效应是侵彻深度提高的主控因素。     

Two-phase flows in gun barrel: Theoretical and experimental studies

In the paper theoretical and numerical model of two-phase flow of solid granular propellant and its products of combustion in the gun barrel during interior ballistic cycle is given. Two cases are considered: base ignition of propellant charge and ignition by igniter. The theoretical model includes the balance equations of mass, momentum and energy for both phases, as well as necessary constitutive laws. The igniter efflux in the propellant chamber is obtained by incorporation in the model the two-phase flow model of igniter function. The convergent, unconditionally stable, numerical procedure is formed to solve the system of equations of the theoretical model. An original procedure of numerical grid adaptation to the flow field increase, caused by the projectile motion down the gun bore, is developed. The TWOPIB code for the computation of whole interior ballistic cycle of ammunition is developed. Four kinds of experimental investigations were carried out:igniter function in open air, flamespreading through propellant charge in the fibreglass tube during base ignition or during ignition by igniter, and firing of 100 mm APFSDS projectile. Verification of the theoretical–numerical approach by the comparison with experimental data is carried out. The great number of computational results is presented for the parameters that can not be measured, but which are necessary for more complete understanding of examined processes. The presented theoretical–numerical access enables, not only the complete optimisation of propellant charges, but more successful solutions of many interior ballistic problems.