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。

     

含能材料药型罩的爆炸成型及毁伤作用

为了研究由含能材料制备的药型罩爆炸成型过程及其对目标靶的终点效应,设计了球缺形药型罩的装药结构,放置与药型罩曲率相同的缓冲垫在药型罩和主装药之间,运用高速摄影系统拍摄含能材料药型罩的成型过程。实验结果表明,含能材料药型罩在爆炸作用下能够形成弹丸,弹丸速度2km/s左右。含能弹丸穿透20mm厚的装甲钢靶后反应加剧,形成大量的气体。侵彻过程含动能和化学反应的综合作用,穿孔有明显的烧蚀现象,穿孔口径0.5 D,最大穿深1.4 D。利用含能材料制备成药型罩可以实现炸药的直接驱动,这可为含能材料战斗部的工程应用提供参考。

     

基于正交设计方法的双锥罩结构优化设计

设计了一种双锥药型罩,借助数值模拟和实验手段研究其成形及侵彻机理,利用正交设计方法研究不同结构的射流成形性能。结果显示:该双锥罩在爆轰波作用下形成高速射流、翻转弹丸和杵体;小锥角2 显著影响射流头部速度;罩厚t及大锥角2 高度显著性影响弹丸速度;最佳设计参数为:t=0.14cm、2=50、2=135、小锥角与大锥角罩口直径比N =0.4或0.5,其射流速度分别为6613、6839m/s,弹丸速度分别为2247、2095m/s,侵彻钢靶深度分别为8.24、8.31cm,开口孔径分别为2.12、2.08cm。最终优化的双锥罩结构合理,既保证了射流速度,又大大提高了弹丸速度,射流和弹丸先后侵彻目标,达到双重毁伤的目的;在低密度装药和小炸高条件下侵彻效果较理想。     

药型罩锥角对射孔枪射流冲击过程的影响

采用ALE方法对射孔弹射流形成的过程及聚能射流对混凝土靶板的侵彻进行了数值模拟,对比了锥形药型罩的不同锥角对聚能射流形成和侵彻的影响.研究结果表明药型罩的锥角大小对聚能射流的速度和形状、射流头部和杵体的质量、侵彻的宽度和深度有着明显显著的影响.小锥角射流头部比重较小且杵体速度未达到侵彻临界值而无法起到很好的侵彻效果,大...     

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。     

一种组合药型罩聚能装药战斗部对含水复合结构毁伤的数值模拟及试验研究

为了研究组合药型罩聚能装药战斗部对含水复合结构的毁伤机理,基于LS-DYNA软件的任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)流固耦合算法,对水下组合药型罩聚能装药战斗部侵彻体的形成以及穿靶过程开展研究,采用数值模拟等比例模型对水下组合药型罩聚能装药战斗部对靶板毁伤进行试验验证。研究结果表明,在偏心亚半球缺罩罩顶设计偏心亚半球形罩能够在侵彻体前端形成细长的杆式射流,可以增加整个侵彻体长度和头部侵彻体速度。在穿水和靶板过程中,利用头部杆式射流形成空腔帮助后续侵彻体低阻随进。对靶板毁伤过程的分析发现,与战斗部直接连接的第1层靶板将会受到侵彻体的高速冲击作用和爆炸波沿水介质传播过来的强冲击波联合作用,而随着水层厚度的增加,沿水中传播的爆炸冲击波强度会被迅速衰减,爆炸冲击波对后续靶板的作用变得不明显,主要为侵彻体的冲击作用。最后利用设计的组合药型罩结构开展了试验验证,对比分析了每层靶板的穿孔尺寸,试验结果与数值计算结果符合较好,最大误差小于15%。

     

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。     

爆炸成型弹丸药型罩研究

为了提高反装甲武器的功效,在装药条件、几何尺寸相同的条件下,分别对以钨铜粉末冶金、紫铜和铜铝复合金属三种不同材料为药型罩的爆炸成型弹丸进行了破甲实验,得出以铜铝复合金属材料作为药型罩、且罩顶开通孔的爆炸成型弹丸的破甲能力可比以紫铜为药形罩的弹丸提高22%,并且形成的破片形状规则。     

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。     

陶瓷靶抗射流侵彻的理论模型及数值模拟

以球型空腔膨胀理论为基础,提出了一个计算陶瓷靶板阻力的损伤模型,该模型考虑了损伤因子对陶瓷靶板弹道性能的影响.结合不可压缩流体力学理论,对射流侵彻陶瓷靶板的侵彻速度进行了理论值计算,并与未考虑损伤的侵彻速度进行了比较,该模型的计算结果更接近实验结果.建立了射流侵彻陶瓷靶板的数值计算模型,对铜射流侵彻陶瓷靶的动态破坏过程进行了研究,讨论了药型罩的锥角、壁厚对射流侵彻结果的影响,结果表明:相同锥角的药型罩,壁厚对陶瓷靶板孔径的影响较小;同壁厚的药型罩,随着锥角的增大,侵彻孔径增大.侵彻速度的数值模拟结果与理论结果进行了比较,得到了较好的一致性.     

聚能装药对混凝土靶板的侵彻研究

系统开展了不同药型罩材料、不同锥角、不同壁厚的聚能装药在不同炸高下侵彻混凝土试验, 研究了罩材料、锥角、壁厚、炸高等结构参数对漏斗坑直径、侵彻孔洞直径、漏斗坑深度以及侵彻深度等参数的影响规律;应用空腔膨胀理论计算了混凝土靶体阻力, 采用改进的伯努利方程和两阶段空腔膨胀理论获得了混凝土靶板在侵彻体作用下的侵彻深度和孔洞直径, 理论结果与试验结果基本吻合;基于AUTODYN 软件平台, 采用与试验一致的聚能装药结构, 开展了57 种工况下侵彻体成形过程的数值模拟研究, 并对其中典型工况的侵彻混凝土过程进行了数值模拟, 计算所得孔洞直径和侵彻深度与试验结果吻合较好, 在此基础上深入探讨了聚能装药作用下混凝土漏斗坑的形成机理, 分析表明, 铝药型罩的开坑机理不同于钢和铜药型罩.      

大锥角聚能装药射流形成及对多层靶侵彻的数值模拟研究

运用改进的网格线示踪点法MOCL(MarkOnCellLine)二维多流体欧拉程序 ,对大锥角聚能装药射流的形成及侵彻多层金属靶的全过程进行了数值模拟研究 ,计算结果与试验结果较吻合。这种连贯性的模拟能力避免了数值计算中对射流的许多人为假定。计算和试验结果表明 ,该聚能装药所形成的射流质量约占整个药型罩质量的 32 % ,兼有聚能射流和爆炸成型弹丸的特点 ,更适合于穿透多层大间隔金属靶。     

切割式多爆炸成形弹丸成形及对钢靶的穿甲效应

基于60mm 弧锥结合罩EFP装药,设计了一种在药型罩前适当位置安装可抛掷的十字形网栅的 切割式多爆炸成形弹丸战斗部结构,并进行了靶场静爆实验。由实验结果可知,该战斗部经网栅切割后能形 成5枚具有一定质量和方向性、可贯穿6mm 厚45钢靶的弹丸,有效提高了毁伤元的数量和毁伤面积。利用 LS-DYNA程序对弹丸侵彻45钢靶过程进行了数值模拟,分析了弹丸侵彻钢靶过程。通过对中心弹丸穿靶 模拟数据的处理,得到了其余尺寸弹丸侵彻不同厚度45钢靶的极限穿透速度计算公式,该公式可对相关切割 式多爆炸成形弹丸战斗部威力优化设计和评估提供依据。     

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.     

反舰弹斜穿甲和爆炸成型自锻弹丸形成过程的数值分析

采用流体动力学有限元方法,对亚音速钢质柱形反舰弹贯穿20mm厚钢质靶板的过程和爆炸成型自锻弹丸形成过程进行了数值模拟。在给定的破坏准则条件下,给出了弹体斜穿甲过程的三维图形分析结果,同时对斜穿甲后弹体剩余速度与近似方法计算的弹体剩余速度进行了比较。给出了爆炸成型自锻弹丸形过程的数值结果,以及弹丸形成后的速度和长径比等。     

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。     

侵彻岩石的成形装药设计与试验研究

开展了针对侵彻岩石要求的成形装药设计和试验研究。在数值模拟的基础上,设计了紫铜和铝材曲面变厚度药型罩的成形装药。采用闪光X光测试了紫铜药型罩成形装药的射流形状和速度,在不同硬度的天然岩石上进行了侵彻试验,取得了良好的侵彻效果。     

高速碰撞下圆柱壳自由梁的穿孔特性

利用二级轻气炮加载,进行了球状2A12铝弹丸垂直撞击圆柱壳自由梁实验。并进行了弹丸速度、圆柱壳直径和壁厚等因素对穿孔直径影响的数值模拟,数值模拟结果和实验结果基本吻合。通过量纲分析和数值模拟结合,推导了穿孔直径与相关影响参数的经验关系式。研究结果表明：当圆柱壳直径和厚度不变时,高速撞击产生的穿孔直径在径向和轴向都随着弹丸速度增大而增大;当弹丸速度和圆柱壳厚度不变时,高速撞击产生的穿孔直径随着圆柱壳自由梁直径的增大而减小;当弹丸速度和圆柱壳直径不变时,穿孔直径随着圆柱壳厚度的增大而减小。

     

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。     

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。