单点起爆形成多模式EFP的可行性研究

针对同一成型装药形成多模毁伤元问题,利用LS-DYNA 程序,研究了单点起爆位置对爆炸成型 侵彻体(explosivelyformedpenetrator,EFP)成型的影响规律。当起爆点距离药型罩的轴向距离从0倍装药 口径增加到0.72倍装药口径,EFP速度提高了37.8%,长径比增加了1倍多;优化设计成型装药结构,分析 了主装药端面中心点起爆和药型罩顶点起爆爆轰波传播规律,实现了杆式EFP、EFP2种模态的转换。通过 X光成像实验进行了验证,实验结果与数值模拟结果吻合较好。     

Research on the optimum length–diameter ratio of the charge of a multimode warhead

This paper outlines our research on a multimode warhead in which we adopted center point and annular initiation modes to form multimode penetrators. Using LS-DYNA software, we studied the effect of the configuration parameters, namely the length/diameter ratio of the shaped charge, on the formation parameters, such as the velocity and length/diameter ratio, of multimode penetrators. We found that when the charge length was in the range of 0.9–1.2 times the charge diameter, the same structure of shaped charge can form suitable multimode penetrators. Either an explosively formed penetrator (EFP) or a long stretchy rod-shaped EFP penetrator can be formed. We establish an optimum charge length for penetrator formation of 1.4 times the charge diameter. Simulation results were validated using X-ray imaging experiments and they were in good agreement. The results found that by increasing the charge length from 0.9 to 1.4 times the charge diameter, the penetration depth of the EFP increased by 74.5%, while increasing the charge length from 1.4 to 1.6 times the charge diameter only increased the penetration depth by 1.9%.     

一种新型聚能战斗部

根据能量利用的观点提出了一种将聚能射流与爆炸成型弹丸相结合的新型聚能战斗部装药结构,在此基础上,运用系统的静破甲实验研究了该战斗部装药结构关键参数对破甲效果的影响。实验结果表明:保持穿孔孔径相当和同等装药条件下,该聚能装药结构比普通EFP装药结构穿深可提高约50%,小锥角聚能罩采用裂锥型是一个更好的选择。利用等效药量法对小锥角聚能罩的最大底面半径进行了工程计算。实验和计算结果表明该新型聚能战斗部有较大发展潜力。     

三点起爆控制参数对尾翼爆炸成型弹丸成型的影响

针对三点起爆控制参数（起爆直径、起爆同步误差）对尾翼爆炸成型弹丸（explosively formed projectile,EFP）成型的影响问题,理论分析了三点起爆条件下爆轰波的马赫碰撞,计算获得了不同起爆直径下马赫波的相关参数,利用LS-DYNA有限元软件通过数值模拟研究了不同起爆直径下三点起爆同步误差对EFP尾翼成型及飞行速度的影响规律。结果表明,起爆直径越大,马赫波在药型罩上的作用面积越小,马赫超压越大,形成的EFP长径比和速度越大;起爆直径为30、40、50 mm三点起爆成型装药形成较佳尾翼EFP应满足的最大起爆同步误差分别为50、100、150 ns;此外,尽量使中间起爆点起爆同步误差约为最大同步误差的一半,有利于降低尾翼EFP的侧向分速度,提高飞行稳定性。     

含偏心起爆对EFP战斗部飞行特性的影响

为研究起爆不对称性对EFP战斗部飞行特性的影响, 对不同偏心量下?60 mm弧锥结合罩EFP战斗部进行飞行弹道实验。实验结果表明:偏心起爆条件下, 当相对偏心量小于3.3%时, EFP在网靶穿孔接近圆形, 弹丸飞行稳定; 起爆相对偏心量达到6.7%时, 弹丸飞行过程中摆动幅值增大, 降低了对目标的打击精度和毁伤效果。利用LS-DYNA及CFX非线性动力学有限元程序对不同起爆偏心量下成型EFP的空气动力学特性进行数值模拟, 描述了偏心起爆影响EFP成型对称性, 改变弹丸在飞行过程中流场的分布特征, 从而导致弹丸飞行过程中无规则运动的全过程。     

基于双层药型罩成型装药的串联EFP

为了研究双层药型罩形成的串联EFP,设计了4种不同材料组合的双层药型罩,利用X光获得了串联EFP形成过程的照片,并开展了相应的数值模拟。发现具有合适结构和药型罩材料的双层药型罩可以形成串联聚能侵彻体,药型罩材料组合和起爆位置对串联聚能侵彻体的形成具有较大的影响。     

旋转对爆炸成型杆式侵彻体毁伤威力的影响

为进一步提高周向多爆炸成型侵彻体战斗部的毁伤效能,结合数值模拟方法,设计了一种爆炸成型杆式侵彻体战斗部。基于复合装药的爆轰加载控制方式,使得药型罩成型为密实的杆式侵彻体,通过调整半预制药型罩的斜置角度,对毁伤元的旋转速度施加控制,进而提高其空中飞行姿态的稳定性,提高毁伤元的毁伤威力。对不同斜置角度的战斗部原理样机进行了静爆实验,实验结果与模拟结果的对比表明,半预制药型罩斜置角度为1.5°时,爆炸成型杆式侵彻体的着靶姿态最好,对45钢靶板侵彻深度最大。通过药型罩斜置,在保证杆式侵彻体成型质量的同时,可以有效提高侵彻体的侵彻威力。     

一种新型聚能破甲弹的应用研究

基于能量利用的观点提出一种新型聚能破甲弹装药结构，对其破甲性能进行研究；在进行射流与弹丸的成型过程和破甲机理理论分析基础上，采用静破甲实验对该破甲弹装药结构的关键参数和大、小锥角聚能罩材料之间匹配关系对破甲效果影响进行了系统研究．实验结果表明：在各自最佳炸高条件下，该新型聚能装药结构比EFP装药结构，在保持相当穿孔孔径、同等装药和壳体约束条件下，可以提高穿深达50％左右；进一步深化和丰富了聚能效应内涵．     

串联EFP装药隔爆结构和延时起爆控制

结合串联战斗部的特点,提出了一种两级爆炸成型弹丸(explosively formed projectile, EFP)装药的串联装药结构。利用LS-DYNA有限元软件分析了不同隔爆体及延时起爆对后级EFP成型的影响,进行了不同隔爆结构和延时匹配的串联EFP侵彻45钢靶实验。实验结果表明:优化后的串联EFP装药的侵彻深度,已经达到分2次单级连续侵彻之和的96.7%,后级装药的侵彻能力得到有效提高。     

大锥角药型罩聚能装药侵彻混凝土实验研究

采用脉冲X光照相及威力效应实验,对两种大锥角药型罩装药结构侵彻体的形成及它们对混凝土的侵彻能力进行了研究,获得了两种大锥角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,对比了半无限厚混凝土靶板及多层有限厚薄靶板对侵彻威力的影响。结果表明,在小炸高条件下,两种大锥角药型罩装药结构能够形成较理想的爆炸成型杆式侵彻体,在混凝土靶中形成孔深与孔径兼顾的孔道。     

Analytical performance study of explosively formed projectiles

Hydrocode simulations are carried out using Ansys Autodyn (version 11.0) to study the effects of the liner material (mild steel, copper, armco iron, tantalum, and aluminum) on the shape, velocity, traveled distance, pressure, internal energy, temperature, divergence or stability, density, compression, and length-to-diameter ratio of explosively formed projectiles. These parameters are determined at the instants of the maximum as well as stable velocity during the flight towards the target. The results of these parameters present the potential capability of each liner material used to fabricate explosively formed projectiles. An experimental analysis is performed to study the velocity status and the length-to-diameter ratio of explosively formed projectiles.     

三点起爆形成尾翼EFP的数值模拟和实验研究

利用LS-DYNA软件对三点起爆形成尾翼EFP的过程进行了数值模拟,深入研究了爆轰波传播过程中的波形结构和强度的变化规律以及药型罩材料在复合爆轰波作用下驱动变形的特性和规律,加深了对三点起爆条件下药型罩形成带尾翼EFP机理的认识。在此基础上,设计了三点同步起爆装置和EFP装药进行实验。研究结果表明：设计的三点起爆装置作用可靠,满足三点起爆EFP装药的设计要求;形成的EFP弹形稳定,与计算结果吻合较好;尾翼EFP飞行过程中的速度降减小,稳定性提高。     

一种形成尾翼型聚能侵彻体新方法的实验研究

尾翼可以提高聚能侵彻体的飞行稳定性,如何形成有一定规律性的尾翼在聚能侵彻体的研究中具有重要意义。在药型罩上粘附隔板,利用隔板改变爆轰波波阵面的结构形状,使药型罩上的爆轰压力发生规律变化,从而发生规律性的变形,最终形成带有尾翼的聚能侵彻体,这是一种新的形成尾翼的方法。从药型罩微元压垮速度变化和药型罩表面爆轰压力变化的角度出发,对新方法形成尾翼的机理进行了初步探讨。通过合理设计隔板的几何尺寸对该方法形成尾翼型聚能侵彻体进行试验,试验回收到了带有尾翼的聚能侵彻体,说明新方法形成尾翼具有一定的可行性。     

变截面爆炸成型弹丸垂直侵彻装甲钢板靶后破片质量模型

考虑爆炸成型弹丸(explosively-formed projectile,EFP)变截面的特性,基于流体力学Bernoulli方程和绝热剪切理论,改进了EFP垂直侵彻装甲钢板靶后破片质量模型,结合已有的试验数据和数值仿真方法检验了改进后模型的准确性。在此基础上,分析了靶板厚度和EFP着靶速度对靶板和EFP产生的靶后破片质量的影响规律。结果表明:相比于改进前的模型,改进后的模型能够更准确地解释靶板和EFP产生的靶后破片质量随靶板厚度和EFP着靶速度的变化规律;当EFP着靶速度为1 650 m/s时,随着靶板厚度从30 mm增大到70 mm,EFP变截面的特性对靶板和EFP产生靶后破片质量的影响不断增强;当靶板厚度为40 mm时,随着EFP着靶速度从1 650 m/s升高到1 860 m/s,EFP变截面的特性对靶板和EFP产生靶后破片质量的影响不断减弱。     

爆轰波波形与药型罩结构匹配对杆式射流成形的影响

为提高杆式射流对钢靶的侵彻能力,设计了一种偏心亚半球药型罩,通过爆轰波碰撞理论推导出药型罩压垮速度,并结合改进的PER理论建立了杆式射流成形的模型。分析了药型罩结构参数对爆轰波碰撞压力的影响规律,获得了等质量变壁厚药型罩射流质量及速度分布的变化规律。结果表明：马赫反射压力随偏心距的增大而增大,随外壁曲率半径的增大而减小,而正规斜反射压力与马赫反射压力变化规律相反,且马赫反射压力受药型罩结构影响较大;通过对比不同方案,罩顶与罩口部厚、中间薄形状药型罩形成的射流质量提高了29.5%,头部速度提高了21.3%,且速度梯度最大,相同炸高条件下侵彻深度提高了约2倍装药直径。针对优化结构进行了数值模拟和实验验证,通过对爆轰波波形与药型罩结构合理的匹配设计,使形成的杆式射流成形及侵彻性能得到显著提升。

     

聚能射流侵彻页岩储层损伤裂隙形成机制

为研究药型罩对聚能射孔弹侵彻页岩储层的射孔和损伤致裂效果的影响机理,建立了射孔弹-空气-页岩三维模型,设置药型罩的锥角分别为50°、60°、70°和80°,壁厚分别为0.5、1.0和1.5 mm,材料分别为铜、钢、钛和钨。利用ANSYS/LS-DYNA软件进行数值计算,分别从射流速度与形态、页岩射孔效果及页岩孔裂隙形成规律特征等进行系统性分析。研究结果表明：在射孔弹结构中,随着药型罩锥角的减小,射流速度提高、杵体速度降低、侵彻深度增大同时开孔孔径减小。在一定范围内,适当减小药型罩的壁厚,可以提高射流速度、减小杵体质量、增大侵彻深度和开孔倾斜度。药型罩材料对射流速度、杵体结构和页岩射孔效果均有显著影响,其中钨药型罩射孔弹的侵彻深度最大但开孔孔径最小,钛药型罩射孔弹的侵彻深度最小但开孔倾斜度最大,铜比钢药型罩射孔弹的侵彻深度略大但开孔孔径略小。通过研究不同对照组的页岩孔裂隙形成规律特征发现,页岩孔裂隙发育主要发生在杵体对页岩的再扩孔阶段,减小射流初始扩孔孔径、增大杵体直径、提高杵体速度,可以促进页岩孔裂隙发育程度。     

Experimental investigation of penetration performance of shaped charge into concrete targets

In order to develop a tandem warhead that can effectively destroy concrete targets, this paper explores the penetration performance of shaped charges with different cone angles and liner materials into concrete targets by means of experiments. The penetration process and the destruction mechanism of concrete targets by shaped charges and kinetic energy projectiles are analyzed and compared. Experimental results suggest that both kinetic energetic projectile and shaped charge are capable of destroying concrete targets, but the magnitudes of damage are different. Compared with a kinetic energy projectile, a shaped charge has more significant effect of penetration into the target, and causes very large spalling area. Hence, a shaped charge is quite suitable for first-stage charge of tandem warhead. It is also found that, with the increase of shaped charge liner cone angle, the depth of penetration decreases gradually while the hole diameter becomes larger. Penetration depth with copper liner is larger than of aluminum liner but hole diameter is relatively smaller, and the shaped charge with steel liner is between the above two cases. The shaped charge with a cone angle of 100° can form a jet projectile charge （JPC）. With JPC, a hole with optimum depth and diameter on concrete targets can be formed, which guarantees that the second-stage warhead smoothly penetrates into the hole and explodes at the optimum depth to achieve the desired level of destruction in concrete targets.     

一种基于能量法则的爆炸成形弹丸速度的工程计算方法

为了准确预报爆炸成形弹丸的速度,提出了以药型罩中所有内部微元都变处于流动状态的时刻作为爆炸成形弹丸成形结束的标志,并因此得出药型罩自身变形时所消耗的变形能应与使整个药型罩都处于流动状态的熔化能相等。在此基础上利用能量守恒原理,建立了爆炸成形弹丸速度的计算公式,并通过试验和数值模拟验证。实验和计算结果表明,本文中所建立的爆炸成形弹丸速度的计算公式具有较好的工程实用价值。     

进口润滑条件对活塞环-缸套摩擦副润滑性能的影响

目前内燃机活塞环-缸套摩擦副润滑分析中,活塞环与缸套之间的润滑状态一般假设为充分润滑或固定状况的贫油润滑,不是通过对实际润滑油膜形成情况的分析确定.本文中以一多缸四行程内燃机为研究对象,基于润滑油流量以及控制体体积变化方程,建立活塞环-缸套间润滑油的流动模型,进行了不同进口处润滑油膜供给量对活塞环-缸套摩擦副润滑特性的影响分析.结果表明:活塞环进口处的润滑条件对活塞环-缸套摩擦副的润滑性能有显著影响;进口处润滑油供给量增加,活塞环-缸套摩擦副的最小油膜厚度增加,最大油膜压力、微凸体作用力、摩擦力和功耗均相应减小;进口处供给油膜厚度较小的情况下,增加油膜供给厚度可以明显改善活塞环-缸套摩擦副的润滑性能.     

钨铜药型罩制备及其侵彻性能研究

为了提高钨铜药型罩的侵彻性能和稳定性,在传统钨铜制备方法的基础上,采用机械合金化方法进行混粉,利用旋模压制方法进行压制药型罩毛坯,再在甲醇裂解气体的保护下进行烧结,最终制备出钨铜药型罩.利用排水法测试了烧结前后钨铜药型罩的密度.并将制备出的钨铜药型罩与紫铜板药型罩进行侵彻性能的实验比较.实验结果表明:钨铜药型罩烧结后的密度比烧结前的密度要低一些,但其对603均质装甲钢的侵彻性能要优于紫铜板药型罩的侵彻性能,与紫铜板药型罩相比,其穿深可以提高45％.