波形控制器对杀伤战斗部破片飞散特性影响研究

为提升杀伤战斗部破片轴向飞散的集中度,提高战斗部的轴向杀伤威力,提出使用波形控制器控制破片的飞散方向。基于爆轰波在波形控制器界面发生反射的规律以及Shapiro公式,设计了波形控制器的形状,使用LS-DYNA有限元软件和ALE(arbitrary Lagrange-Euler)算法对破片的飞散过程进行数值计算,结合战斗部原理样机静爆试验,验证了使用波形控制器改善破片飞散特性方法的合理性。对比了有无波形控制器时破片飞散过程的差异,对无波形控制器以及波形控制器材料分别为尼龙、聚氨酯和聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene,PTFE）时杀伤战斗部的破片飞散速度和破片飞散角规律进行了分析。结果表明：波形控制器可以减小战斗部中心和两端位置的破片飞散速度大小差异,使中心到两端位置的破片飞散方向角变化均匀,破片在轴向的分布更加均匀;不同材料的波形控制器对破片飞散特性影响不同,波形控制器的使用减小了破片飞散角,增大了破片分布密度,提升了破片飞散的集中度。破片飞散角数值计算值与试验计算值误差在6.53%之内,与无波形控制器的杀伤战斗部原理样机相比,含波形控制器且材料为尼龙、聚氨酯和P...     

十字形内置破片定向战斗部破片的飞散特性

针对低附带弹药毁伤需求,设计了一种十字形内置破片定向战斗部,根据目标方位可选择不同起爆模式,进而控制破片的径向飞散特性,在目标区域内形成杀伤破片实现定向毁伤,在非目标区域内实现低附带毁伤。采用数值模拟研究了相邻2点起爆、相邻3点起爆两种模式下定向战斗部起爆时破片的驱动过程,给出了各个位置处破片的飞散速度、径向飞散角度等特征参数;制备了2发单元样弹并开展了地面静爆实验,通过高速摄影及靶板上破片的穿孔分布特征实测出破片的速度及径向飞散角,与数值模拟结果对比,验证了模拟的准确性。在此基础上,通过引入能量分配角建立了破片速度的修正公式,并根据模拟结果对公式参数进行了拟合分析。结果表明：相邻2点起爆、相邻3点起爆模式下,战斗部定向杀伤区破片径向飞散角分别控制在145°、65°以内,且该区域内的破片占破片总数的比例分别达到了50.4%、43%;同时,破片速度呈现梯次分布,介于535～770 m/s之间,对1.5 mm厚的Q235A钢板的穿甲率分别达到了94.4%、84.6%,可实现对轻型车辆类目标的毁伤,其余区域则为低附带安全区;基于能量分配模型求得的破片速度理论计算值与模拟值基本吻合。研究结果可...     

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。     

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。

     

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。     

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。     

回收战斗部破片的新型爆炸容器及应用

介绍一种回收战斗部破片的新型爆炸容器装置。该装置采用水介质和可拆卸内衬防护板结构抵御破片侵彻,能够反复使用且有效回收爆炸试验后的破片,较好地反映战斗部的破碎状况。利用该装置进行了典型弹丸爆炸试验,研究了战斗部破片特性,证实了爆炸容器在战斗部破碎性试验中的应用是可行的。     

起爆方式对椭圆截面战斗部破片速度分布的影响

为研究椭圆截面战斗部在不同起爆方式下破片速度的分布特性,建立了5种具有不同短长轴比的椭圆截面战斗部数值模拟模型。开展了端面中心单点、短(长)轴中点双点、短长轴中点4点以及端面面起爆5种起爆方式数值模拟研究,分析了不同起爆方式下椭圆截面战斗部破片的速度分布及能量输出特性。研究结果表明：在径向方向,战斗部在不同起爆方式下破片最大径向速度变化规律基本一致,均呈现由长轴至短轴方向对数增长,且随着短长轴比的增大,短长轴方向破片速度差值逐渐减小。然而,不同起爆方式下椭圆截面战斗部最大速度截面上破片速度平均值存在明显差异,具体表现为端面起爆时的破片径向平均速度最高,单点起爆最低,且随着起爆点数量的增加,最大速度截面上的破片的整体平均速度逐渐增大。在轴向方向,受端面稀疏波的影响,不同方位角最大破片速度均出现在靠近非起爆端1/4处,且起爆点在短轴轴线上相较于在长轴轴线上会提高靠近起爆端长轴方向的破片速度,但短轴方向沿轴向的破片速度分布无明显差异。此外,不同起爆方式对椭圆截面装药爆炸能量输出特性无明显影响,其中27%的装药能量转化为壳体动能,有50%的能量被壳体断裂变形以及空气冲击波消耗。

     

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。     

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。     

椭圆截面战斗部爆轰驱动壳体的断裂及毁伤特性

为研究椭圆截面战斗部爆轰驱动下壳体破片的形成机制和毁伤特性,设计了5种装药质量和壳体质量比相同而短长轴比不同的战斗部,开展了静爆威力试验,获得了椭圆截面战斗部破片径向速度分布规律,并结合细观观测方法分析了爆轰驱动下壳体断裂过程及破片损伤特性,通过测量破片对Q235钢板的侵彻开坑参数,量化了椭圆截面战斗部破片的侵彻毁伤能力。研究结果表明：椭圆截面战斗部破片速度由短轴至长轴方向呈对数趋势增长,相较于圆形截面战斗部存在明显的速度增益,短长轴比为0.40时,增益达到83%;靠近长轴处,由于壳体受到滑移爆轰为主导的驱动作用,壳体内部环向拉应力导致破片内表面出现拉伸裂纹,随着短长轴比增大,破片表面裂纹逐渐消失,而在战斗部短轴处,散心爆轰占据主导地位,壳体主要受到径向压应力作用,并未出现裂纹损伤;受端面稀疏波影响,战斗部轴向最大毁伤威力出现在距离非起爆端1/4处,而在战斗部径向方向,短长轴比为0.40时,短轴毁伤威力达到长轴的1.83倍,且该差异随着短长轴比增大逐渐减小。     

中心引爆破片战斗部产生的近区空气爆炸波的计算

本文提出一种计算中心起爆有限装药尺寸破片战斗部产生的近区空气爆炸波超压的近似方法。战斗部壳体碎片除受爆轰产物的推力及空气反压外,还考虑了碎片形状等因素引起的形阻修正。适当选取形阻修正系数及修正项引入时刻,计算数据与数十公斤装药战斗部近区实验结果十分接近。本文结果表明,爆破战斗部近区空气爆炸波的计算不能采用强爆炸波理论,应当考虑飞片驱动冲击波的模型。     

破片群初速的电探针测量法

提出了一种速度衰减系数可预先确定的测量全预制和半预制破片群初速ｖ＿０的电探针方法。在效应靶背面竖直方向上依次布置ｎ根条状铜箔电探针，测量ｎ个破片飞行ｘ距离经历的时间ｔ，根据破片速度衰减公式确定ｎ个破片的ｖ＿０，测量误差不超过３％。应用最小二乘法原理，将实验测定的全预制破片群初速拟合成沿战斗部轴向分布，实验拟合线与用文献［１］报导的计算方法确定的结果基本一致。     

一种新型聚能战斗部的实验研究

本文根据能量利用的观点提出了一种新型聚能战斗部装药结构,指出开展其研究的重要价值;并对其射流与弹丸的成型过程和破甲机理进行了理论分析,在此基础上进行了系统的静破甲实验,并对该战斗部装药结构的一些关键结构参数(例如空孔孔径、炸高、小锥角聚能罩底面直径和锥角角度)和大、小锥角聚能罩材料之间的匹配关系对静破甲效果的影响进行了系统的分析研究。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普通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。进一步深化了聚能效应的内涵和丰富了打击目标的手段。     

圆柱壳体装药偏心多点起爆下破片速度的分布

针对偏心起爆战斗部破片速度增益的问题,提出爆轰波碰撞形成马赫超压是引起破片速度增加的原因。利用AUTODYN软件,模拟偏心起爆战斗部从壳体径向膨胀、表面产生裂纹到最后形成破片的整个过程,并将模拟得到的破片速度与实验数据对比,两者吻合较好;简化Whitham方法并结合Gurney速度公式得到偏心起爆战斗部定向破片速度和定向区域的计算方法,同时在保证破片初速的前提下,研究偏心多点起爆下起爆点数的选择标准。研究结果表明：偏心多点起爆下定向破片初速增益约34%,定向区域范围约30°,起爆点数的选择与壳体长度和装药口径相关。