穿爆战斗部装药对舰艇组合舱室内爆炸毁伤效应研究

为了研究穿爆战斗部装药对舰艇组合舱室的毁伤效应,运用有限元软件ANSYS-DYNA进行舱室内爆炸仿真。分析了爆炸载荷作用下主舱和后邻舱舱内流场分布、压力变化及其破坏模式,评估了穿爆战斗部装药对组合舱室的毁伤效果。两级装药爆炸产生的冲击波相互作用,提高了主舱室内的冲击波峰值和准静态压力值,增强了对主舱室的毁伤能力,能够实现对舰艇组合舱室的高效毁伤。研究结果为舰艇组合舱室毁伤评估提供了参考。     

舱内设备对爆载荷毁伤效应影响的对比分析

舰艇舱室内常按其功能要求安装布置有不同的设备,目前舱室内爆毁伤相关研究主要关注毁伤元对无设备舱室结构的毁伤,而很少考虑舱室内设备对于毁伤效应的影响。基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了带加强筋舱室模型,分别分析了没有安装设备、安装一台设备和对称安装两台设备等三种工况的舰艇舱室,在受战斗部装药内部爆炸载荷作用时舱室结构和设备机柜等效物的毁伤情况,对比分析了设备对毁伤效应的影响。通过对比分析三种工况下毁伤过程、测点压力变化及舱壁飞散速度的结果表明,爆炸发生后,受设备遮挡作用,不同数量的设备将对舱室内部流场分布及角隅部位冲击波的汇聚产生影响,降低了舱室内的最大超压值、改变了最大超压出现的位置,使舱室结构的破坏过程发生变化。     

聚能战斗部在防空反导中的毁伤效能研究

为研究聚能战斗部在防空反导中的毁伤效能,介绍等效靶板论证与装药结构设计,给出数值计算方案,并通过AUTODYN软件对3种典型聚能侵彻体以不同角度侵彻等效运动靶板进行数值模拟.结果表明:聚能侵彻体和等效靶板的相对运动影响毁伤效能,存在开坑体积逆向叠加效应,同时聚能射流较易受等效靶板扰动,杆式射流毁伤效果更优,爆炸成型弹丸开口直径更大但穿深不足.     

信息动态

为应对防御逐步加强或加厚的空中目标威胁,分析研究了反装甲战斗部技术的现状和发展方向,结果显示已有的反装甲聚能射流战斗部、爆炸成型弹丸战斗部和多模式战斗部等,主要以打击地面、水中舰艇等装甲类目标为主,随着空中目标的防护装甲化趋势日益显现,可将聚能战斗部技术的应用拓展至防空反导技术领域,并通过高能量密度CL-20炸药等的应用进一步增强战斗部威力和毁伤效能.研究表明,通过传统反装甲战斗部技术的有效集成、成型效应过程创新等适于反空中目标的新结构、新效能聚能毁伤元的出现,加之未来高能量密度CL-20炸药的推广应用,针对防空反导聚能战斗部的打击优势能得到更好的发挥及体现,满足毁伤元既穿透目标厚壁装甲,又引爆其内炸药的打击需求.     

玻璃射流冲击带壳装药的数值模拟

为提高对披挂爆炸反应装甲装甲车的侵彻能力,通过对浮法玻璃、有机玻璃和玻璃纤维作为药型罩材料,聚能装药形成射流侵彻带壳装药的数值模拟,使其穿透带壳装药的同时不引爆带壳炸药,从而使后级主射流经过穿孔侵彻主装甲。得出玻璃射流侵彻带壳装药穿而不爆的结论,找到了使其穿而不爆的药型罩材料。     

爆炸冲击波对轻型装甲车辆底装甲毁伤效应数值仿真

为了分析爆炸冲击波对轻型装甲车辆底装甲的毁伤规律,在确定底装甲遭受爆炸冲击波毁伤主要影响因素的基础上,采用数值仿真方法进行毁伤效应研究.利用非线性动力学软件AUTODYN进行有限元建模,重点对底装甲厚度、材料、结构和爆距等因素对装甲底板遭爆炸冲击波毁伤的影响规律进行了研究.结果表明单一金属结构中均质装甲的防护性能最优,与复合装甲防护性能相似,硬铝防护性能最差.V形底装甲结构角度为10°时综合防护性能最佳,如果在V形板上加装平板后的抗毁伤能力更强.研究结果将对轻型装甲车辆底部防护与毁伤效能评估提供基础.     

战斗部动爆冲击波存储测试方法研究

针对动爆冲击波压力场分布不均、伴随有高速破片、爆点位置不确定等问题,提出了动爆冲击波测试方法。进行战斗部毁伤模拟船舱火箭橇动爆测试试验,研究了传感器测点的布设、综合触发方式等动爆现场测试的关键技术。结果表明动爆冲击波在舱室内传播是不均匀的,高动能和反射超压破坏了冲击波超压场的分布,速度分量的方向冲击波超压值大大增加。     

活性复合射流侵彻多层间隔靶毁伤行为

为研究活性复合罩聚能装药对目标靶后毁伤效应，开展活性复合射流作用多层间隔靶侵彻与爆炸联合毁伤性能研究。采用实验、数值模拟和理论相结合的方法，对活性复合射流侵彻多层间隔靶的毁伤行为及机理进行探究。实验结果表明，对于给定的活性复合罩聚能装药结构，与活性-铜射流相比，活性-钛射流在钢锭上形成的侵孔直径更大，穿透一定厚度钢靶后可造成后效间隔铝板严重变形甚至撕裂。基于活性复合射流对多层间隔靶的侵爆时序联合毁伤行为，建立后效铝板爆裂毁伤分析模型。仿真结果表明：铝板上的破裂孔面积与随进活性材料有效质量和动能侵孔半径均呈正相关，但二者中活性材料有效质量对其影响更显著；基于实验和数值模拟所获取的经验参数，模型可进一步预测不同活性材料有效质量、动能侵孔和靶板厚度下后效铝板爆裂毁伤面积。     

水中聚能战斗部毁伤双层圆柱壳的数值模拟与试验研究

为研究聚能战斗部的水下作用特性,基于光滑粒子流体动力学-有限元方法耦合算法,模拟了聚能战斗部对双层圆柱壳结构的毁伤过程。分析金属射流的形成和射流速度衰减规律,研究高速金属射流、强冲击波与气泡载荷联合作用下对双层圆柱壳结构的毁伤模式和毁伤特性,并进行了海上模型试验验证。数值模拟与试验结果吻合良好。研究表明：水中聚能战斗部对双层圆柱壳结构的破坏载荷主要有金属射流、冲击波载荷及气泡载荷3种,金属射流穿透力强,造成结构的局部小尺寸破口;冲击波载荷及气泡载荷作用面积大,引起结构的大面积破口及塑性凹陷。     

含能毁伤元冲击引爆模拟战斗部试验研究

为提高战斗部的毁伤效能,对氟聚物基含能反应材料进行了研究。对氟聚物基含能材料配方改进并制备了一种Φ26mm×60mm的含能毁伤元。将含能毁伤元装入特定结构壳体后进行了冲击引爆模拟战斗部试验。采用高速录像观察含能毁伤元冲击侵彻模拟战斗部后的爆炸情况并测试爆炸后空气冲击波超压。考察了含能毁伤元不同速度下对B炸药和PBX-9404炸药的引燃引爆能力。设置了B炸药模拟战斗部静爆试验作为对比。在试验的基础上,通过测量爆炸后空气冲击波超压进行了TNT当量等效对比分析。试验研究表明,在735m·s~(-1)的侵彻速度下,氟聚物基含能毁伤元可冲击引爆B炸药模拟战斗部。在962m·s~(-1)的侵彻速度下,能引发PBX-9404炸药模拟战斗部爆燃反应。     

大锥角聚能装药射流形成及对钢靶侵彻的数值模拟

为了研究大锥角聚能装药射流形成和对钢靶侵彻过程中的一些特性,采用AUTODYN软件,对锥角聚能装药射流形成及侵彻钢靶过程进行了数值模拟。模拟结果表明:大锥角聚能射流是药型罩在爆轰波的作用下向后反转形成的漏斗型密实射流,其在飞行过程中,速度基本保持不变,而在侵彻钢靶时,侵彻速度和动能都迅速下降,直到再也不能侵彻钢靶为止。将数值模拟结果与实验结果进行了对比分析表明:数值模拟结果与实验结果相一致。     

小型聚能装药对砖墙的毁伤研究

通过理论分析与试验,研究了小型聚能装药近距离爆炸对砖墙的毁伤效果。结果表明:当小型聚能装药在砖墙近距离爆炸时,其毁伤效果主要体现在射流的开孔作用上,但随着装药与砖墙间距离的减小,爆破作用产生的毁伤效果明显增强,因此在研究时必须考虑爆破的毁伤作用。     

复合防护液舱抗爆效能对比试验研究

液舱是舰船多层防护结构体系中的重要功能舱室,战斗部近距离爆炸时,高速破片和冲击波载荷将对防护液舱产生严重的毁伤效应。针对高速破片和冲击波作用下防护液舱的动态响应特性和毁伤模式,提出了复合防护液舱的结构形式。为了对比该液舱相对常规液舱的抗爆效能,开展了战斗部模型近距离爆炸载荷作用下复合液舱和常规结构形式液舱毁伤的模型试验,得到了战斗部模型破片速度、液舱结构的变形、应变、破口尺寸、舱壁压力等参量。通过对比发现,相对于传统液舱结构,复合防护液舱前面板、后面板最大变形分别减少22.78%和8.47%,结构应变降低30%,冲击波峰值减弱18.62%,该新型结构形式明显提高了液舱抗爆防御效果。     

舱室内爆炸压力载荷测试方法研究

针对装药在密闭或准密闭舰船舱室内的爆炸实验,研究首次反射冲击波和准静态压力两种毁伤压力载荷测试方法。分析了舱室内装药爆炸形成的首次反射冲击波和准静态压力两种载荷的频率与幅值特性,阐明了采用不同频响传感器分别进行测量的必要性和合理性;提出了采用高频压电传感器测量首次反射冲击波和低频压阻传感器测量准静态压力的传感器选型方法;给出了专用工艺工装设计以及传感器布设方法,其中尼龙套筒工装可有效起到绝缘和衰减应力波的作用,其内腔传压管设计可有效消除爆炸产生的高频信号和光、热信号对压阻传感器的干扰,从而保证了测试精度。进行了模拟舱室内的装药爆炸实验,所得测试数据与经典公式计算结果一致性良好。研究结果表明：所提出的舱室内爆炸毁伤压力载荷并行测试方法以及工艺工装设计合理可行,能够在获取足够精度的反射冲击波数据基础上更加精确地获取准静态压力峰值及衰减规律;为了准确获取舱室内爆炸压力载荷数据,在合理预估待测信号幅值范围前提下,首次反射冲击波测试采样率应为兆赫兹量级,准静态压力测试采样率应为千赫兹量级;为了防止干扰信号对测试的影响,应采用尼龙套筒工装并采用过盈配合的安装方法。     

聚能装药超细晶纯铜药型罩性能研究

为了实现真正意义上的超细晶,利用剧烈塑性变形的方法将纯铜材料的晶粒组织进行细化.应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对粗晶纯铜药型罩和超细晶纯铜药型罩形成的射流侵彻45钢靶板过程进行数值模拟.分析晶粒尺寸对于射流断裂时间的影响,研究在不同炸高条件下,超细晶纯铜药型罩和粗晶纯铜药型罩侵彻威力的差异,以及炸高对于2种材料形成射流延展性的影响,并通过选取粗晶纯铜药型罩的最佳炸高进行静破甲试验研究,验证了数值计算结论的可靠性.研究结果表明:在炸高相同的前提下,超细晶纯铜药型罩形成的射流毁伤能力较粗晶纯铜药型罩而言,有大幅提升,说明将药型罩材料晶粒尺寸细化,是提高聚能射流破甲威力的有效手段.     

串联聚能射流的数值模拟与实验研究

为了有效对付各种现代装甲目标,提出一种新型聚能装药结构并探讨了其成型机理.应用有限元软件分别对其前级装药、后级装药以及双级串联聚能装药的射流侵彻过程进行了数值模拟.结果表明:该串联装药可生成两个稳定且具有高同轴度的金属射流,其穿深比单锥角药型罩至少高30%.并在此基础上进行了系列的静破甲实验,实验与数值模拟结果吻合较好, 进一步深化了聚能效应的内涵和丰富了打击目标的手段.     

活性射流作用混凝土靶侵彻与爆炸效应研究

为分析活性药型罩配方、炸高对混凝土靶毁伤威力影响规律,开展了活性射流作用混凝土靶侵彻与爆炸联合毁伤效应研究。采用实验和数值模拟相结合的方法,对活性射流作用混凝土靶的典型毁伤模式进行探究,给出了配方与炸高对毁伤效应的影响特性。实验结果表明：活性射流作用下,混凝土靶呈现为显著的锥形爆坑和裂纹毁伤效应;气体产物量较高配方的活性射流对混凝土靶产生更强的毁伤效应;在1倍装药直径炸高下,炸坑直径可达10倍装药直径以上。基于有限元分析软件AUTODYN-3D平台开展了活性射流对混凝土靶侵彻与爆炸行为的数值模拟,揭示了炸高对毁伤效应的影响机理：随着炸高的增大,进入侵坑内部的活性材料随之减少,活性射流对混凝土的侵彻深度呈现先增大、后减小的趋势;当炸高为1倍装药直径时,活性射流动能侵彻与爆炸反应延迟匹配较好,侵彻与爆炸联合毁伤威力较强。数值模拟结果与实验结果吻合较好。     

水下聚能爆破技术研究

利用有限元软件LS-DYNA,使用流固耦合算法对聚能装药在水下爆炸、射流形成及其在水中的运动进行了仿真,同时也对射流侵彻靶板的过程进行了模拟计算,直观地说明了水下聚能爆破现象,对射流速度、破甲过程进行了深入研究。最后,通过工程试验验证了所设计的结构。试验后射流侵彻靶板所形成的破坏效果明显,满足工程实际要求。     

水下爆炸作用下圆柱壳周围压力场分布

为研究水下爆炸对鱼雷、水雷等水下目标的破坏机理开展了一次水下爆炸试验,采用长2.2m、直径0.53 m的圆柱壳结构作为目标,采用1 kg标准TNT球形装药作为爆源在水平距离5.5m处爆炸,测量了圆柱壳正面、背面和侧面的压力场,得到了冲击波时程曲线,测量及分析结果表明:正面和侧面由于反射波的影响均会发生截断效应,背面由于前驱波影响前段上升缓慢,当冲击波到达时迅速上升,之后以指数形式衰减,圆柱壳结构正面的冲击波冲量最大,侧面次之,背面最小,对于结构侧面的破坏作用最小.