爆炸变形战斗部初探

爆炸变形装药战斗部是定向型战斗部的一种,可以提高破片战斗部对目标毁伤概率.本文介绍了爆炸变形战斗部模型弹设计中的主要关键技术,设计了爆炸变形战斗部模型,并通过实验测量了爆炸变形战斗部模型破片密度的空间分布,探讨了不同参数对破片密度分布的影响,得到了破片分布定向特征明显的爆炸变形战斗部.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密度可以大幅度地提高,而且初速也有一定程度的提高,对空中目标具有良好的毁伤效果.     

战斗部破片对舰船毁伤效应研究

半穿甲反舰导弹战斗部可穿透水面舰船甲板后在其内部爆炸,依靠装药的爆炸冲击波和壳体的爆炸破片对目标造成致命性打击。分析了半穿甲反舰导弹战斗部爆炸破片对舰船目标的侵彻过程及毁伤机理;根据莫特公式、格尼方程、破片衰减公式和侵彻公式等,理论计算了七种典型的反舰导弹战斗部破片对水面舰船结构的穿甲效应,获得了战斗部破片质量、初速度、终点速度、打击动能和穿甲厚度等参数,对比分析了各类导弹的战斗部毁伤特性。     

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。     

纤维增强攻坚战斗部爆炸威力试验研究

为对纤维增强攻坚战斗部毁伤威力进行有效评估,对裸装药、复合材料壳体、钢质壳体装药在空气及混凝土靶中的爆炸破坏效应进行了对比试验研究.试验结果表明,同样装药情况下,复合材料壳体装药爆炸产生的冲击波超压大于钢壳体装药而低于裸装药,且不会产生破片对远距离目标的杀伤;而钢质壳体装药爆炸破片对远距离目标具有一定的杀伤效应.在混凝土靶中爆炸破坏效应方面,复合材料壳体装药阻抗匹配要比钢壳体装药好,更利于爆炸冲击波的传播.同样装药情况下,复合材料壳体装药爆炸对靶体爆炸驱动有效能量大于钢壳体装药.     

破片式战斗部优化设计技术研究

侧重研究了破片式战斗部装药外形的优化设计技术。提出了装药外形与破片飞散特性（如破片飞散角，分布带宽等）之间的数学描述；建立了圆弧和对数螺线装药外形母线与战斗部其他设计参数间的数学模型。在假定约束条件下，优化设计了破片了聚焦式战斗部的结构参数；静爆试验结果表明，破片分布与理论计算吻合较好。     

展开角度及起爆位置对轴向展开式定向战斗部性能的影响

为了研究轴向展开式定向战斗部的毁伤效能,采用AUTODYN软件系统分析了展开角度及起爆位置对轴向展开式定向战斗部破片性能的影响,获得了战斗部轴向展开角度及起爆位置对形成破片质量分布、飞散速度及飞散角的影响规律。结果表明,前向爆炸成型弹丸(EFP)速度随轴向展开角增大而逐渐减小。而EFP长径比增加,翼径比为4.2左右,战斗部轴向展开角的增大可提高有效破片质量百分比,破片最大飞散速度出现在距起爆端约33.33%处,起爆位置在装药外侧时战斗部的有效破片百分比达67.57%;选取战斗部的轴向展开角度为60°左右,且起爆点位于最外侧,可实现轴向展开式定向战斗部定向与汇聚打击的高效毁伤功能。     

船舱内静止装药和运动装药爆炸的毁伤效果仿真

采用数值仿真方法对不同质量的静止装药和运动装药在船舱内爆炸的过程进行了研究,分析了装药的运动速度对船舱的毁伤效果和船舱内流场分布的影响。计算结果表明,运动装药在船舱内爆炸对运动正方向舱壁的毁伤效果大于静止装药,且随着装药速度的增大而增加;而对运动反方向舱壁的毁伤效果小于静止装药,且随着装药速度的增加而减小。由于运动装药易使运动正方向舱壁出现破口,使得船舱泄压,导致对运动反方向舱壁的毁伤效果比静止装药爆炸时要小,不利于从整体上毁伤船舱。运动装药在船舱内爆炸时在运动正方向舱壁上产生的超压峰值明显大于静止装药,且随着装药速度的增大而增大,而在运动反方向舱壁上产生的超压峰值要低于静止装药,且随着装药速度的增大而降低。     

侵彻单层和多层靶时战斗部装药损伤及热点生成机理研究

针对当前钻地战斗部在复杂冲击环境下装药安定性影响机制研究难题,采用裂纹摩擦、孔洞塌缩两种热点生成机制细观模型,开展了侵彻单层和多层两种典型靶板的战斗部装药动态响应、损伤演化及热点生成对比研究。给出了战斗部在单次或多次冲击载荷下装药内热点产生的不同机理,并与战斗部地面装药安定性试验进行了对比。结果表明：相比单层靶,侵彻多层靶时战斗部经受多次冲击及姿态偏转,容易使装药内产生损伤,发生裂纹摩擦或孔洞塌缩进而导致热点产生,多次冲击环境使得装药头部和尾部都为危险区域;通过不同侵彻速度、炸药断裂韧性、初始孔隙率等影响因素对比分析,发现降低应力幅值、减少装药在壳体内振荡次数、提高炸药材料自身强度性能、减少装药初始疵病,均是提高装药侵彻安定性有效手段。     

战斗部陆爆试验方法及安全防护

水中兵器爆炸能否达到对目标的毁伤,其战斗部起爆装置的起爆能力和主装药的爆炸完全性是关键因素。为了检验战斗部新型装药的爆炸完全性,通常应进行战斗部陆爆试验。介绍了水中兵器战斗部陆爆试验的基本方法,包括试验场地条件、试验项目、参试设备、测量参数、测量方法等,研究了试验安全防护问题,对如何设置爆炸防护墙、如何进行爆炸破片防护给出了具体方法,并给出了爆炸破片初速、破片数量及平均质量、破片动能等计算方法。     

战斗部破片初速轴向分布规律的实验研究

本文用脉冲x光摄影方法,测试了几种不同结构装药钢壳战斗部的破片初速,经数据分析处理,获得一般装药结构杀伤战斗部在三种起爆方式下,破片初速沿弹轴分布的工程计算式。     

舰空导弹飞行试验目标毁伤部位计算方法

为解决海上靶场舰空导弹拦截目标飞行试验中战斗部毁伤效果分析困难的问题,提出计算战斗部破片毁伤目标部位的方法。该方法依据杆条或聚集破片战斗部动态飞散角的唯一性,利用外弹道光学同帧画幅测量数据、目标几何参数等计算动态飞散角进而确定毁伤部位。在建立相关数学模型的基础上给出计算方法的原理和步骤,并利用蒙特卡罗统计法仿真分析相关测量因素对毁伤部位计算精度的影响。仿真结果表明：在双站单侧布站合理、经纬仪测角精度和采样周期一定的情况下,同帧画幅获取数量以及事后画幅判读误差对计算精度影响较大。目标毁伤部位计算方法正确,计算精度可以满足舰空导弹飞行试验毁伤效果分析需要。     

舰空导弹飞行试验目标毁伤部位计算方法

为解决海上靶场舰空导弹拦截目标飞行试验中战斗部毁伤效果分析困难的问题,提出计算战斗部破片毁伤目标部位的方法。该方法依据杆条或聚集破片战斗部动态飞散角的唯一性,利用外弹道光学同帧画幅测量数据、目标几何参数等计算动态飞散角进而确定毁伤部位。在建立相关数学模型的基础上给出计算方法的原理和步骤,并利用蒙特卡洛统计法仿真分析相关测量因素对毁伤部位计算精度的影响。仿真结果表明：在双站单侧布站合理、经纬仪测角精度和采样周期一定的情况下,同帧画幅获取数量以及事后画幅判读误差对计算精度影响较大。结论是：目标毁伤部位计算方法正确,计算精度可以满足舰空导弹飞行试验毁伤效果分析需要。     

基于空中机动目标拦截的制导和引信及战斗部一体化设计研究

为实现对空间机动目标的可靠拦截,研究防空导弹制导盲区情况下常规破片战斗部的制导和引信及战斗部一体化设计方法。在已知目标最大机动能力作为先验信息条件下,通过目标最大机动能力估计制导盲区内目标潜在运动的状态集合;建立破片飞散的数学模型,根据目标状态集合和破片飞散特性求解防空导弹最佳交会状态和引信最佳起爆时间;采用Gauss伪普法,以末端弹目相对位置、弹目视线角和速度矢量夹角作为约束,求解导弹实时最优控制输入,使防空导弹到达最佳拦截位置。仿真分析结果表明,所提制导和引信及战斗部一体化设计方法能够实现引信最佳起爆控制和目标可靠拦截,对战斗部设计提供了依据。     

破片战斗部对武装直升机目标的威力评估

为评估破片战斗部对武装直升机的威力,提出了一种将目标舱段等效划分为几何/结构舱段、要害舱段和非要害舱段3种类型的易损性模型,针对不同的舱段类型制定了不同的毁伤评估准则和毁伤概率计算方法.引入基于THOR方程的射击线仿真,考虑了空气阻力导致的破片着靶点漂移效应,以及破片对多层舱段的穿透破坏作用.利用对起爆位置均匀抽样仿真...     

聚焦战斗部与普通杀爆战斗部毁伤效能比较

针对高效毁伤空中目标需求,开展聚焦破片战斗部与普通战斗部对导弹目标毁伤效果比较研究。开发了破片式战斗部对空中目标毁伤评估仿真系统,对同样弹目交汇条件下,某导弹受聚焦战斗部与普通杀爆破片战斗部打击下所遭遇破片数及弹体毁伤情况进行了仿真计算;利用模拟实验,比较了聚焦战斗部与普通杀爆战斗部的破片-冲击波联合作用对目标的毁伤效果。聚焦破片式战斗部击中目标的破片数量明显增多,且能形成切割性毁伤;聚焦战斗部破片-冲击波联合作用毁伤效果要强得多。     

不同起爆方式对聚焦战斗部性能影响的数值模拟

利用LS/DYNA软件,采用中心和偏心两种起爆方式引爆聚焦战斗部进行全模型三维数值模拟,得到该战斗部两种状态下的破片初速及其分布规律;在仿真模型中加入靶板,得到距战斗部中心6 m处的破片分布,结果显示破片在两种起爆方式下都能在靶板上形成聚焦带.通过统计得出,偏心起爆能使破片速度增益为20.3%,破片在6 m处带宽为1 m的密度增益为9.6%,飞散角和方向角基本一致.     

基于LS-DYNA计算结果的破片战斗部虚拟打击仿真

为了完整描述破片战斗部打击轻装甲目标的全过程,建立了破片战斗部打击仿真系统.该系统实现了基于LS-DYNA计算结果的动态破片场生成,使用射击迹线仿真模型确定了破片的飞行弹道,采用THOR模型分析了目标的侵彻毁伤.该系统使用标准C++和glut库进行程序编译,实现了虚拟打击仿真的三维漫游显示.以某战斗部为例进行了算例分析,并与试验进行了对比,结果表明,仿真与试验的破片着靶总数基本一致,但在分布上有一定的差别;利用该系统进行战斗部设计和评估能够减少靶场试验次数和降低试验费用.     

杀伤爆破战斗部起爆方式对地面目标杀伤威力的影响

为提高杀伤爆破（简称杀爆）战斗部对地面目标的毁伤威力,利用靶场静爆试验和数值模拟方法开展了序贯起爆网络下的定向战斗部威力研究。基于LS-DYNA有限元程序分析不同起爆方式下杀爆战斗部的破片飞散规律,编写C语言程序获得有效破片落地时的分布密度和能量分布,结合毁伤概率法计算战斗部在落角、落速、落高不同运动参数下的有效毁伤面积。研究结果表明：偏心两线和偏心三线序贯起爆在定向方向的速度增益为20.3%、19.8%,序贯起爆可有效改善破片的飞散角,提高破片的落地动能和密度,进一步提高战斗部毁伤面积;偏心两线序贯起爆时战斗部的毁伤效能最高,有效毁伤面积增益最高可达809.1%;该毁伤面积计算方法可较好地反映出破片密度和动能对毁伤效能的影响,为不同起爆方式下杀爆战斗部的毁伤评估提供参考。     

基于质点弹道方程的破片外弹道特性分析

为了准确表征破片弹道,基于质点弹道方程和经典破片阻力公式建立了破片运动方程,对典型工况的钢破片和钨破片外弹道特性进行了计算分析。结果表明破片最大射程对应的射角约为21°; 随着破片初始射角的增大,破片落地动能先急剧减小,在约10°射角后又缓慢增加。采用抛物线和射线2种形式的计算方法分析了典型破片在不同初始射角条件下的落地动能和最大射程,该方法对破片最大杀伤半径、破片的毁伤效能评估、杀爆战斗部动静爆试验靶场布置位置的合理性和弹药储存安全距离的判断等方面具有一定参考价值。     

弹目交会中破片命中点参数计算模型研究

为了计算战斗部破片命中点参数,在考虑速度衰减条件下,利用射击线法提出了一种通过一次遍历求解所有破片命中点参数的计算模型.通过分析,获得解的3种存在条件,分别对应于单枚破片与目标面元的3种运动关系.以钢球破片为例,定量讨论了弹目交会参数和速度衰减系数对命中点参数的影响.结果表明,目标的运动速度和静态破片初速对命中点参数的影响比较大,导弹运动速度对命中点参数的影响较小.