破片冲击起爆子母战斗部的数值分析

文中以杀伤破片冲击起爆子母战斗部为背景,利用LSDYNA3D程序,对带三种典型铝壳的Comp.B炸药的冲击起爆问题进行数值模拟,比较靶板类型对破片临界起爆速度的影响,并分析了破片长径比、直径以及材料对炸药起爆特性的影响规律.研究结果对子母战斗部和杀伤战斗部破片毁伤元的设计具有一定的指导意义.     

结构参数对复合装药战斗部破片特性的影响

为了研究结构参数对复合装药战斗部破片特性的影响,采用AUTODYN-3D有限元计算软件,比较分析了复合装药战斗部在中心单点和内外同时两种起爆方式下爆轰波传播与壳体破碎过程,获得了壳体壁厚与中心装药直径对复合装药战斗部破片平均质量、破片速度等参数的影响规律。计算结果表明,随着壳体壁厚的增加或者中心装药直径的减小,单点起爆下破片平均质量相对于内外同时起爆下提高的倍数越来越大,战斗部在不同起爆方式下威力输出差异越来越明显;静爆试验结果表明,内外同时起爆下的破片平均速度、冲击波超压和验证靶冲孔数较单点起爆下分别提高了27.1%、31.4%和39.3%,试验结果与仿真计算结果吻合较好。     

飞片冲击起爆系统设计与数值模拟

为调整炸药装药中的爆轰波波形,设计了一种飞片冲击起爆系统,通过理论分析和计算确定飞片的形状及材料选择原则、飞片的倾斜角、飞片与主装药的间距,采用数值模拟软件LS-DYNA对设计的飞片冲击起爆系统进行了数值仿真计算。结果表明飞片冲击起爆系统能可靠起爆炸药装药并调整炸药装药内部爆轰波波形,可为端部预制破片或多EFP战斗部的驱动提供参考。     

含能破片冲击起爆临界条件研究

对不同外壳材料的含能破片冲击起爆的阈值速度进行了理论计算,运用LS-DYNA数值模拟获取了不同壳体材料、长径比、头部厚度与直径比的起爆临界条件,建立了包含破片直径、头部形状、靶体材料以及壳体材料的经验表达式,结合实验重点分析了不同结构及材料的含能破片冲击起爆趋势.结果表明,利用该式能较准确地计算含能破片冲击起爆的临界条件,破片的长径比、壳体材料将影响冲击起爆阈值速度,在设计含能破片时要尽量增大长径比以及选择高密度、高性能材料.     

战斗部轴向双环起爆数值仿真及试验研究

对典型中心管预制破片战斗部在轴向单环起爆与轴向双环起爆两种方式下的毁伤效能进行数值仿真研究,结果表明：相比于单环起爆,战斗部轴向双环起爆可以提高破片初速和调整爆轰波形。据此,设计了“一入两出”的战斗部轴向双环起爆网络,并进行战斗部静爆试验。试验结果与仿真结果相差小于5%,同时验证了该起爆网络的作用可靠性和实用性。     

偏心起爆定向战斗部威力研究

为研究偏心起爆定向战斗部毁伤威力,推导了偏心起爆点对侧延长线附近有限角度内应用的偏心起爆破片初速公式,并设计钨柱和钨球两种预制破片偏心起爆定向战斗部进行了试验验证。结果表明,所推导公式可用于偏心起爆定向战斗部计算。设计的偏心起爆战斗部的速度增益,钨柱破片为10.9%,钨球破片为19.8%。钨球破片初速、破片球面分布密度、毁伤概率均高于钨柱破片。     

高速动能破片和包覆活性材料对屏蔽装药的串联毁伤效应

高速动能破片和包覆活性材料破片串联战斗部兼具高速侵彻毁伤效应及化学能毁伤效应,为研究其对屏蔽装药的串联冲击毁伤行为,建立了高速动能破片和包覆活性材料撞击屏蔽装药的冲击动力学模型,结合活性材料激发理论以及屏蔽装药起爆判据计算分析了高速动能破片和包覆活性材料对屏蔽装药的冲击毁伤行为.基于2D-Autodyn平台对高速动能破片和包覆活性材料冲击屏蔽装药过程进行了数值模拟.对比验证了理论计算和数值模拟的一致性,结合理论分析和数值模拟结果讨论了影响屏蔽装药毁伤的主要因素、可能存在的毁伤模式和各毁伤模式之间的转变条件.结果表明:高速动能破片和包覆活性材料对屏蔽装药作用主要存在前段侵彻冲击引爆模式(Ⅰ)、主体段侵彻冲击引爆模式(Ⅱ)、活性材料未反应且侵彻未引爆模式(Ⅲ)、活性材料反应增强引爆模式(Ⅳ)及活性材料反应未引爆模式(Ⅴ)等五种毁伤模式;在材料和结构一定的情况下,撞击速度和屏蔽厚度是影响毁伤模式的主要因素;所建立的理论模型可较好地预测上述毁伤模式.     

破片对模拟聚能战斗部装药冲击起爆研究

研究了破片对模拟聚能战斗部装药的冲击起爆问题.针对破片对聚能战斗部作用的工程问题进行等效模型简化,设计了模拟战斗部靶标及破片撞击试验方案,进行了1000～1500m/s速度范围内的冲击起爆试验,获得了装药被引发反应特性.与数值模拟进行对比,给出了破片对模拟聚能战斗部装药撞击起爆速度阈值.研究结果对反聚能装药战斗部破片杀伤元素设计具有指导意义.     

定向战斗部破片飞散方向控制技术研究

定向战斗部是有效提高目标飞散方向上破片飞散密度的有效方式之一，分析介绍了偏心起爆定向战斗部破片的径向飞散控制、轴线角度及轴线展开控制所需的起爆点数量、位置及起爆时序等问题。分析结果表明，与中心点起爆圆柱形战斗部相比。采用三维定向飞散控制技术可以使飞向目标的破片密度提高1～3倍，同时破片速度增大，大幅度提高战斗部的毁伤效能。     

复合型含能破片冲击波起爆特性研究

为了解释冲击波对复合型含能破片内装药的起爆机理,建立了含能破片反射波冲击起爆理论模型,对含能破片的起爆阈值速度进行理论计算。对含能破片的撞靶过程进行数值模拟,分析了不同头部厚度、装药长度和破片直径对含能材料入射波和反射波起爆的影响。分析结果表明:含能破片反射冲击波起爆阈值速度比入射波低;破片壳体头部厚度只影响2种起爆方式的阈值速度,不决定装药的起爆方式,装药长度和破片直径之比k决定含能材料的起爆方式;不同的含能材料具有不同的临界值,当k小于临界值时,含能破片的临界起爆速度由反射波强度决定。2种起爆方式的毁伤模式有一定的差异,同时起爆方式也对释能时间有一定影响。