EFP飞行及威力实验研究

对Φ60 mm口径爆炸成形侵彻体战斗部进行了飞行及威力实验 ,其飞行距离为 80 0倍装药直径 ,在靶道上利用多道网靶考察了 EFP飞行中姿态的变化及散布的变化 ,用 2 5mm厚 45#钢靶考察了侵彻威力 .实验结果及其分析对 EFP战斗部的应用和工程设计有一定的指导意义     

反爆炸反应装甲串联爆炸成型弹丸匹配设计方法

针对反爆炸反应装甲(ERA)串联爆炸成型弹丸(EFP)成型设计问题,建立串联EFP引爆能力、分离时序和侵彻能力的理论条件。采用ERA引爆判据、EFP速度衰减理论和侵彻理论,分析形状、质量比和速度差对引爆能力、分离时序和侵彻能力影响规律。基于作用场时间τ_e≤1 500 μs的 典型ERA,在飞行距离H≤1 000(为装药口径）时,获得串联EFP成型特征的必要条件,其中：球-杆组合型,前后EFP直径比d_f/d_r≤1.09,前EFP质量与总质量之比0.17f/m≤0.40,前后EFP速度差Δv≥150 m/s;杆-杆组合型,d_f/d_r≤1.09,0.20≤m_f/m≤0.65,Δv≥166 m/s. 对一种球-杆形串联EFP开展反ERA联动实验,采用高速摄影系统观测得到前后EFP分离飞行、前EFP击爆ERA以及后EFP侵彻靶板过程,验证了该设计方法和必要条件的正确性。     

EFP成型数值模拟及侵彻45钢靶试验研究

为研究EFP的成型机理和侵彻性能,在目前药型罩材料研究和应用的基础上,对EFP成型过程的数学模型进行推导,采用有限元分析软件LS-DYNA,对同一结构紫铜、钽和钽钨药型罩EFP成型过程进行数值模拟,通过靶试对3种材料药型罩EFP的侵彻性能进行试验研究。结果表明:紫铜、钽和钽钨药型罩数值模拟着靶速度与试验测得着靶速度基本长径比较为合理,有利于提升侵彻性能;钽钨药型罩能有效穿透80 m(889倍装药口径距离)处90 mm(1.0倍装药口径)厚的45钢靶板,靶板正面和背面穿孔直径较大,靶后靶体的崩落面积较大,后效毁伤效果好。EFP通过数值模拟和试验结果对比分析,对3种材料药型罩EFP的成型形状和对钢靶的侵彻能力作出评价,为EFP型罩材料的选择提供技术参考。     

EFP战斗部水下作用特性研究

通过EFP战斗部空气中爆炸对空气中靶板的侵彻试验,EFP空气中形成后经水层对水下靶板的穿靶试验, EFP战斗部水中爆炸对水中舰船模拟靶的侵彻试验以及EFP水中运动过程的脉冲X光摄影试验,研究了EFP战斗部水下作用特性.结果表明:EFP战斗部空气中爆炸对空气中靶板的破孔孔径约为EFP弹丸直径的1.85倍;EFP空气中形成后经水层对水下靶板的破孔孔径约为EFP弹丸直径的10倍;EFP战斗部水中爆炸对水下靶板的破孔孔径约为EFP弹丸直径的20倍.水中冲击波和弹道波对EFP在目标靶上的破坏效果有明显增强作用.     

爆炸成型模拟弹丸水中飞行影响因素

为了研究爆炸成型弹丸(EFP)结构参数对其水中飞行特性的影响,利用LS-DYNA有限元分析软件,对不同结构参数下EFP等效模型侵彻水介质进行了数值模拟,获得了弹丸结构参数对EFP水中飞行特性的影响。仿真结果表明:弹丸尾裙长度和实心部厚度对EFP水中速度衰减的影响均呈正相关,其数值越大弹丸水中速度衰减越缓慢,EFP水中质量的损失主要体现在尾裙部分质量的损失; 以不同速度入水的EFP弹丸在速度下降为60%的范围内,其相对速度v_e/v₀衰减具有较好的一致性,当速度衰减超过60%后,入水速度越高则EFP水中速度衰减幅度越大; 弹丸材料密度在EFP水中速度衰减过程中具有重要作用,密度越高则EFP速度衰减和质量损失越缓慢,存速能力越强,密度相近时,弹丸速度和质量变化规律均趋于一致。     

环起爆位置对EFP成型的影响

针对环形起爆网络在多模成型装药上的应用问题,利用LS-DYNA仿真软件,通过改变环起爆位置,研究了起爆环距离药型罩的轴向距离和起爆环半径对形成侵彻体的速度、长径比等参数的影响规律.分析结果表明,起爆环半径对EFP成型的影响比较大,当起爆环半径从0倍增加到0.5倍装药口径时,EFP头部速度提高了37%,长径比增加了6.6倍;当起爆环到药型罩的轴向距离从0.34倍装药口径减小到-0.06倍装药口径时,侵彻体速度减小了42.7%,长径比降低了72.6%.数值模拟结果与脉冲X光摄影试验结果吻合较好,仿真与试验结果表明侵彻体速度和长径比与起爆环到药型罩的距离和起爆环半径分别呈线性变化和抛物线规律变化.     

新型包覆式双材质杆状EFP成型的数值仿真研究

为提高对近距离(4~5倍装药口径)轻型装甲的毁伤,基于PELE毁伤机理设计了一种包覆式双材质药型罩。运用ANSYS/LS-DYNA软件对大锥角变壁厚药型罩形成EFP进行数值仿真,研究药型罩锥角与装药长径比以及壁厚变化率对EFP成型的影响,对比分析其成型效果以得到较理想的侵彻体装药结构。结果表明:装药长径比是影响EFP速度的主要因素,锥角是影响EFP长径比的主要因素;药型罩锥角为149°左右、壁厚变化率为10.0%左右、装药长径比为0.8时可以形成较理想的杆状EFP,此时EFP的稳定速度约为2 598 m/s。最后通过传统单材质杆状EFP和该新型双材质杆状EFP侵彻靶板仿真,得出该新型包覆式双材质杆状EFP在侵彻靶板时能够产生类似PELE的横向效应,比单材质杆状EFP对靶板后部有更好的毁伤能力。     

不同炸高下的EFP 对盖板炸药的撞击起爆研究

为了研究不同状态下的爆炸成型弹丸(explosively formed projectile,EFP)对盖板炸药的冲击起爆影响,采 用Ls-Dyna 仿真软件,建立EFP 撞击起爆带壳炸药的数值仿真模型。利用EFP 成型过程的不同阶段其头部速度不同, 对不同厚度盖板的CompB 炸药进行撞击起爆数值仿真,分析了各个阶段的比动能、头部速度与盖板厚度的关系,以 及盖板厚度与起爆时刻、位置的变化规律。仿真结果表明：在0.5～1 倍装药直径之间,可以得出临界盖板厚度与头 部速度、EFP 沿飞行方向的投影面积成正比,并且EFP 在侵彻大于2.5 倍装药直径的盖板过程时,不会形成剪切块; 笔者设计的口径40 mm EFP 完全成型后,其比动能为61.81 MJ/m2,可以起爆最大盖板厚度为10 mm 的CompB 炸药; 在一定盖板厚度范围内,冲击起爆时间和冲击起爆位置都随着盖板厚度增加而增加;EFP 飞行至0.5 倍装药直径处, 所能撞击起爆的临界盖板厚度是EFP 成型后的2 倍。该研究对于防空防导的战斗部EFP 设计具有一定的参考价值。     

爆炸成型弹丸垂直侵彻装甲钢靶后破片动能分析

为获得具有较大动能的靶后破片来源以及轴向位置,开展了爆炸成型弹丸（EFP）垂直侵彻装甲钢的试验和仿真研究。借助经过试验验证的仿真方法,分析不同靶板厚度(30~70 mm)、不同EFP着靶速度(1 650~1 860 m/s)下,某典型EFP垂直侵彻装甲钢板后靶板和EFP产生的靶后破片速度、质量沿轴向的分布规律。结果表明：靶板和EFP产生的靶后破片速度随轴向位置近似呈线性增加,当靶板厚度或EFP着靶速度二者之一固定时其斜率固定,并且破片来源(由靶板或EFP产生)对包络线截距的影响也很小;靶板产生的大质量(>10 g) 破片均分布在破片云中间或者靠近靶板的位置,EFP产生的大质量(>10 g)破片均分布在远离靶板的位置;具有较大动能的靶后破片主要由EFP产生,并位于远离靶板的位置。     

模拟爆炸成形弹丸对大间隔靶的侵彻实验研究

为考察爆炸成形弹丸(EFP)的飞行特性及侵彻威力，用火炮发射长径比为1．5的钢EFP模拟弹丸，其着靶速度在1300m/s左右。对大间隔的多层A3薄钢靶板进行侵彻，利用高速摄影了EFP在靶间飞行姿态变化，对其侵彻过程及机理进行了分析，实验结果和分析表明，所设计的EFP具有较为理想的飞行稳定性，对多层间隔靶的侵彻能力强，为设计攻击舰艇等装甲目标的战斗部提供了较重要的参数。     

双层药型罩EFP战斗部性能参数的灰色系统理论分析及实验研究

通过LS-DYNA有限元软件计算得到不同装药结构的双层药型罩爆炸成型弹丸(EFP)战斗部成型侵彻体的特征参数,利用灰色系统理论分析了药型罩材料密度、曲率半径、厚度比以及装药密度、装药长径比(L/D)对成型侵彻体不同特征参数的影响规律。基于灰色系统理论分析结果设计了不同装药结构的双层药型罩EFP战斗部并进行了毁伤效应实验研究。实验结果表明当内外药型罩的厚度比为1.33时,双层药型罩EFP战斗部成型侵彻体的侵彻深度达到0.67倍装药口径,是具有相同装药结构EFP战斗部成型侵彻体侵彻深度的两倍左右;具有Cu-Cu或Cu-Fe药型罩组合方式的双层药型罩EFP战斗部成型侵彻体在侵彻深度方面的能力大致相当,但是Cu-Cu药型罩组合方式的战斗部成型侵彻体侵彻钢板的形状近似呈圆形。     

多点起爆对双层药型罩爆炸成型弹丸成型及侵彻特性的数值模拟研究

起爆方式对双层药型罩爆炸成型弹丸（EFP）成型特征参数及终点毁伤效应具有重要影响。基于双层药型罩EFP战斗部静爆试验结果,利用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元动力学软件研究了起爆点数目对双层药型罩EFP战斗部成型及侵彻特性的影响规律。研究结果表明：当起爆点数目在4～8时,双层药型罩EFP战斗部可起爆成型具有良好空气动力学特性及优良终点毁伤效应的带尾翼大长径比聚能侵彻体;当起爆点数目为6时,双层药型罩EFP战斗部成型侵彻体终点毁伤效应的最大侵彻深度达到1.07倍的装药口径,较端面单点中心起爆方式获得侵彻体侵彻钢靶的最大深度提高了32%.     

遭毁伤聚能战斗部射流成型行为

针对遭毁伤聚能装药射流成型行为及其终点效应问题,采用AUTODYN-3D软件研究了侵孔位置、侵孔深度和侵孔直径对射流径向速度及其侵彻能力的影响特性。结果表明:侵孔导致射流径向速度明显增大且射流偏离轴线甚至提前断裂形成碎片,严重降低了其对靶板的侵彻能力,同等条件下,侵孔直径d=0.278倍装药直径的聚能装药比完好聚能装药对靶板侵深降低了24%;射流径向偏移速度主要受侵孔位置和侵孔直径的影响,随着侵孔到药型罩顶距离的减小,射流径向速度显著增大,同时对靶板侵彻深度也越小,x=0倍装药直径时,射流径向速度达19.0 m·s~(-1);射流径向速度随侵孔直径的增大而显著增大,d=0.278倍装药直径时,射流径向速度达41.1 m·s~(-1)。     

锥弧结合罩形成长杆状密实EFP的可行性

为了进一步提高爆炸成型侵彻体(EFP)的侵彻能力,基于大锥角罩结构的圆弧段设计,提出了一种可形成长杆状密实EFP的锥弧结合罩。分析了锥弧结合罩与传统的大锥角罩和弧锥结合罩在压垮过程中的区别。运用LS-DYNA仿真软件,计算得到了锥弧结合罩的结构参数(曲率半径、锥角、壁厚)对EFP速度、长径比、密实度等侵彻体成型参数的影响规律。找出了EFP成型较佳时各结构参数的取值范围:曲率半径为1.1～1.3倍装药口径,锥角为155°～160°,壁厚为0.04～0.046倍装药口径,并设计得到了一种可形成长径比为2、密实度为0.88的EFP的锥弧结合罩结构。     

同轴式多罩体EFP战斗部成型与侵彻的仿真分析

为提高爆炸成型弹丸(explosively formed penetrators,EFP)战斗部侵彻钢靶目标的深度,设计多层药型罩EFP战斗部装药结构.利用ANSYS/LS-DYNA软件,对5种药型罩层数的EFP战斗部成型和侵彻间隔靶板进行数值模拟,分析不同层药型罩的EFP战斗部对炸药能量利用率及穿深能力.结果表明:多层同材料的球缺型药型罩堆叠、贴合放置可形成多个分离的同轴EFP,与单层药型罩结构相比,多层药型罩结构形成串联EFP对炸药能量利用率更高,具有更大的穿深能力,对靶板侵彻后效更强,其中3层和5层结构侵彻深度提高63.4％.     

串联聚能装药隔爆结构设计数值模拟和实验研究

为了解决在大块度障碍物上快速开孔且孔深和孔径优化匹配的难题,提出一种前后两级均为爆炸成型弹丸（EFP）装药的新型串联聚能装药结构。利用有限元软件,分析隔爆结构对串联EFP装药侵彻能力的影响为了解决在大块度障碍物上快速开孔且孔深和孔径优化匹配的难题,提出一种前后两级均为爆炸成型弹丸（EFP）装药的新型串联聚能装药结构。利用有限元软件,分析隔爆结构对串联EFP装药侵彻能力的影响进行相应的串联EFP装药侵彻45_#钢靶实验。实验结果表明:隔爆体形状对串联EFP后级装药侵彻能力有重大影响,优化后的串联EFP后级装药整体侵彻深度和后级侵彻深度分别提高了23%和35%,大大改善了串联EFP后级装药的利用效率。     

铜、钼形成EFP和JPC毁伤元对比研究

为研究纯钼材料对爆炸成型弹丸(EFP)和聚能杆式射流(JPC)成型的影响,基于EFP和JPC双模战斗部结构,设计紫铜药型罩、等体积钼药型罩和等质量钼药型罩3种研究方案,采用LS-DYNA软件和X光摄影试验对比研究钼毁伤元和铜毁伤元。结果表明:钼材料在JPC毁伤元成型过程中表现出良好的塑性性能; 与铜罩相比,等质量钼JPC毁伤元速度提高10.5%,侵彻孔径提高1倍,钼EFP毁伤元密实度小,动能提高2.7%～5.9%,侵彻孔径提高9.2%,侵彻深度降低20%。     

一种带尾翼爆炸成型弹丸的研究

利用LS-DYNA显示动力分析有限元程序,采用流固耦合方法,对带尾翼EFP的形成过程进行数值模拟。结果表明：该装药结构能形成带有8个尾翼的EFP,带尾翼EFP的长径比是EFP长径比的2.23倍,其头部速度比EFP增加了15%。