爆炸冲击波下导弹结构动力分析模型初步研究

针对爆炸冲击波对导弹目标毁伤这一复杂问题进行了合理的简化,研究了冲击波对导弹结构的破坏问题。利用动力学知识,估计了冲击波对导弹目标的机械破坏作用。在综合考虑战斗部装药质量、爆炸点距目标距离、爆炸高度的环境压力、目标几何尺寸以及目标抗冲击载荷能力等基础上,利用自行编制的程序进行了一系列的仿真计算,得出了战斗部在不同时间不同位置和不同装药质量下产生的冲击波对导弹产生的破坏。计算结果基本符合物理规律,说明采用的模型及算法是合理的,能够对目标在爆炸冲击波超压作用下的易损性进行评估,得到的计算结果对实际应用具有参考价值。     

旋转式离散杆战斗部对反舰导弹的毁伤数值模拟研究

针对细长杆状目标，以亚音速反舰导弹为典型目标，进行了目标特性分析和易损性分析，得出了这类目标的有效毁伤机理。在小脱靶量情况下，提出利用双束旋转式离散杆战斗部对这类目标实施切割毁伤，使其在空中解体或作用失效。建立了双束旋转式离散杆战斗部攻击亚音速反舰导弹的弹目交会数学模型，计算了弹目交会参数。根据交会参数，利用LS—DYNA三维动力有限元程序对杆条打击到发动机舱段上进行了三维数值模拟分析，为反舰导弹毁伤评估提供参考。     

底部近距离爆炸下舱段模型毁伤试验研究

底部近距离爆炸可对水面舰船造成致命性打击,为探究其破坏机理,本文中开展了底部近距离爆炸下舱段模型的毁伤试验,获取了舱段模型破损区域试验数据、非破损区域的冲击环境数据。同时借助舷侧近距离爆炸试验结果、底部中远场爆炸试验结果,综合对比可发现:（1）底部近距离爆炸下,舱段模型会呈现整体隆起变形、爆心区域撕裂并伴有较大凹陷变形、舷侧外板大面积屈曲失稳等典型特征;（2）相比舷侧爆炸方位,底部爆炸对舱段模型具有很强的综合毁伤效果,底部爆炸相对舷侧爆炸对舱段模型的综合毁伤效果可提高40%以上;（3）在冲击环境方面,底部近距离爆炸下非破损区域测点中高频段的冲击谱曲线变化趋势基本与中远场爆炸一致,但在低频阶段,底部近距离爆炸下的谱位移要远高于中远场爆炸工况。     

舱段结构在气泡射流作用下的毁伤效果

为研究水下爆炸气泡载荷对船舶局部结构的毁伤效果,设计建造了实尺度舱段模型,并进行水下 爆炸实验,测量了水中压力、气泡脉动周期、舱段外板结构的动应变与塑性变形。分析了不同冲击因子作用下 舱段结构的动态响应,并结合水中压力测量结果,探讨了气泡射流的成因。在此基础之上,分析了气泡射流载 荷的影响范围以及外板在不同载荷作用下的毁伤模式。实验结果表明,相比冲击波载荷,在某些情况下射流 冲击载荷引起的结构响应更剧烈,毁伤效果更严重,因此在中近场水下爆炸作用下,气泡射流冲击载荷对船体 结构的影响不能忽视。     

舷侧近距离爆炸下舱段模型毁伤试验研究

为探究舷侧近距离爆炸对水面舰船的毁伤效应,设计了大尺度舱段模型,并开展了舷侧近距离水下爆炸试验,试验后测量了舱段模型破坏范围及破坏模式、模型典型部位冲击环境数据、典型部位动态响应。综合对比可发现:（1）舷侧近距离水下爆炸下,在爆心区域可对舱段模型形成严重毁伤破坏,但毁伤范围有限,基本以局部破坏为主;（2）舷侧近距离水下爆炸下可形成较为明显的水射流载荷,主要是由气泡与非完整边界、自由面在耦合过程中形成的,与传统研究的气泡收缩失稳引起的水射流载荷形成机理存在一定的差异;（3）基于板格能量计算方法,建立了舷侧外近距离爆炸下舷侧爆炸破口计算公式,与试验结果吻合较好;（4）近距离爆炸下,舷侧外板的破坏模式与爆距存在较大的关系。本文的研究成果对舰船抗爆防护具有很强的指导意义。     

接触爆炸作用下混凝土墩体的易损性研究

为评估柱形装药接触爆炸对混凝土墩体的破坏能力，采用试验与数值模拟相结合的方法研究了接触爆炸作用下混凝土墩体的易损性，提出了用等毁伤曲线和易损面积评估混凝土墩体易损性的方法，得到了接触爆炸作用下墩体顶面和侧面的毁伤区域特征及装药质量和装药放置位置对墩体毁伤的影响规律。通过建立易损面积的计算模型，分别得到了顶面和侧面接触爆炸作用下墩体不同级别毁伤的易损面积随装药质量的变化曲线，在此基础上比较了顶面和侧面接触爆炸时墩体的易损性差异。研究结果表明：接触爆炸作用下，墩体顶面的毁伤区域近似为正方形，其中心与墩体顶面中心重合；墩体侧面的毁伤区域近似为圆角梯形，其中心位于侧面几何中心下方约10 cm处。装药质量在0.5～10.79 kg之间时，侧面接触爆炸更容易破坏墩体。研究成果可为混凝土障碍的破除、破障弹设计及效能评估提供支持和指导。     

基于耗能模型的超空泡射弹水下侵彻鱼雷等效关系研究

超空泡射弹是水下防御技术的研究热点之一。水下毁伤试验费用大,成本高,陆上等效试验是一种可能的替代方案。为此需要获得水下超空泡射弹侵彻条件下目标与相关材料的等效关系。以MK48-5鱼雷为对象,构建由壳体和14个关键部件组成的典型鱼雷结构模型。考虑水介质对侵彻的影响,将水下超空泡射弹侵彻鱼雷的过程分为两个阶段（a. 射弹侵彻水介质和鱼雷壳体,b. 射弹侵彻鱼雷内部关键部件）;建立水介质耗能模型和靶板耗能模型;依据极限穿透速度等效原则和能量等效原则,分别得出两个阶段目标和等效靶之间的靶板厚度关系;为了获得射弹垂直命中鱼雷不同方向及不同工况毁伤效果,需要对纵向侵彻全雷和横向侵彻鱼雷战雷段、控制段、燃料舱和后舱雷尾4个典型舱段分别进行研究;并基于此建立了水下侵彻和不同工况条件下射弹侵彻鱼雷的多层等效靶模型。     

基于仿真与量纲分析的不同药量TNT内爆下多舱室结构毁伤规律研究

利用流固耦合算法,模拟了不同药量TNT内爆下大尺寸多舱室结构的毁伤效应。将各舱室划分为爆炸舱、共面邻舱、共边界邻舱和共点邻舱,再划分内爆下多舱室结构的毁伤等级。通过量纲分析,研究了内爆载荷下舱壁的变形失效规律,推导了内爆下多舱室结构的无量纲毁伤数,该毁伤数考虑了内爆载荷、材料性能和作用空间等因素,最后给出快速毁伤预测方法。研究结果表明:（1）内爆下多舱室结构的毁伤特点主要表现为舱壁挠曲变形、舱壁中心冲切失效、舱壁边界撕裂;（2）舱壁挠曲变形的挠厚比δ/H和固定边界撕裂的裂缝长厚比l/H均与药量-单舱室容积比m/V有明显线性关系;（3）提出的无量纲毁伤数和快速预测方法能够反映内爆下多舱室结构的毁伤情况,可为舰船毁伤研究提供参考。     

多束破片聚焦式杀伤战斗部毁伤目标的仿真

论述了多束破片聚焦式杀伤战斗部毁伤目标的特点 ,提出了破片聚焦式杀伤战斗部毁伤目标取决于导弹的制导误差和引战配合效率。给出了一种典型多束破片聚焦式杀伤战斗部毁伤某歼击机目标时 ,单发杀伤概率的计算实例。     

水下非接触爆炸作用下舱段模型的动态响应

对舱段缩比模型遭受水下爆炸冲击载荷时的动态响应进行了测量与分析。模型是参照水面舰船的典型舱段而设计的,用于评估普通船用钢材料模型的冲击响应。试验工况为远场非接触爆炸,介绍了药包/模型的几何特性,以及用装在舱室内、甲板处和龙骨上的加速度计来测量舱段模型的冲击运动。     

半穿甲弹丸对加筋靶板侵彻的终点弹道的实验和理论研究

以舰船典型筋板结构为目标,设计了带加强筋的结构靶,并用模拟实验弹体,对单层带加强筋的结构靶进行了斜侵彻实验,通过天幕靶和高速运动分析系统的测量,得到了两种倾斜着靶条件下不同着靶位置的靶前、靶后弹道参数;通过对靶板破坏结果的分析,得到实验弹靶条件下加强筋结构靶的破坏模式。在现有弹丸侵彻均质靶板理论的基础上和一定假设条件下,得到弹丸对加筋结构靶侵彻的终点弹道理论计算模型,弹丸过靶后剩余速度的理论计算结果与实验结果基本一致。     

战斗部破片对目标打击迹线的计算方法

提出了破片对目标打击迹线概念,通过建立预制或半预制破片战斗部对目标杀伤作用场参数的计 算模型,以及在空间坐标系下破片各威力特性参数的相互转换,得到了一种破片打击迹线的计算方法,并基于 VC和MATLAB联合编程实现了战斗部破片打击迹线作用场的分布计算。通过破片对目标打击迹线可定量 分析战斗部所有破片的整个空间分布,并直观描述每个破片的飞散方向、能量衰减及对目标打击能力变化情 况,从而可精确地评价破片对目标不同要害位置处的打击效果。该杀伤作用场参数计算模型和破片对目标打 击迹线计算方法可用于战斗部起爆姿态选择和对不同目标杀伤效果的威力评价,为战斗部方案设计和战斗 部终点毁伤效应分析计算提供了新的参考依据和技术途径。     

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。     

爆炸变形战斗部模型试验研究

测量了爆炸变形战斗部模型的破片密度和初速分布 ,得到了辅助装药爆炸驱动壳体变形的过程的X光照片。结果表明 ,与相同尺寸的柱形战斗部相比 ,爆炸变形战斗部飞向目标的破片不仅密度大幅度地增加 ,而且初速也有一定程度的提高 ,从而增强了战斗部对目标的毁伤能力。     

D型战斗部破片飞散性及威力场快速计算

破片威力场的快速计算是实现战斗部对目标快速评估的关键之一,本文中分别对型面宽度为90°、120°和150°三种D型战斗部的破片飞散规律进行实验和数值模拟研究,考察型面宽度和起爆模式对破片威力场的影响规律。结果表明:三种结构中包含90%破片的方位角分别为21.16°、23.88°和30.08°;偏心线起爆和双端面偏心起爆,在20°方位角内破片总能量分别是周向均匀战斗部中心起爆能量的3.4倍和3.3倍;基于三种典型型面的破片威力场公式,通过构建二次插值函数获得其他型面战斗部的破片分布,为D型战斗部破片威力场的快速计算提供了一种有效方法。     

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。     

战斗部近距爆炸下夹芯复合舱壁结构防护能力的理论评估模型

为改善当前战斗部近距爆炸下基于单纯抗爆或抗穿甲载荷开展防护结构设计的不足,本文中建立了战斗部近距爆炸下夹芯复合舱壁结构防护能力的理论评估模型,提出了联合作用下夹芯复合舱壁结构的防护能力需同时满足抗弹性能和整体变形破坏两方面要求。具体步骤为:首先计算战斗部爆炸后的联合毁伤载荷,然后基于抗弹理论模型评估夹芯复合舱壁结构的抗弹性能。若满足要求,则进一步根据联合作用理论模型校核夹芯复合舱壁结构在冲击波和破片群联合作用下是否满足整体变形破坏要求,判据为后面板是否产生撕裂、破口破坏。与有关实验结果进行了计算比较,结果吻合良好,证明了此理论评估模型的合理性。     

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%。