EFP垂直侵彻靶板后效破片云形状描述

为了准确描述爆炸成型弹丸（Explosively Formed Projectile,EFP）垂直侵彻有限厚靶板后效破片云的形状,基于量纲分析及正交设计理论,利用AUTODYN软件中SPH算法研究了EFP成型参数、弹靶材料参数对靶后破片云形状的影响,建立了EFP垂直侵彻靶后破片云形状的数学描述模型。利用该模型计算了EFP垂直侵彻靶后破片云形状参量长半轴,并和仿真结果及相关试验结果进行对比,结果表明,该模型计算的后效破片云长半轴结果与相关试验结果误差控制在3%以内,能够准确描述EFP垂直侵彻有限厚靶板后效破片云的形状。     

大口径EFP侵彻典型装甲钢板过程的数值仿真与试验研究

通过大口径EFP高速侵彻装甲靶板试验,以及利用AUTODYN-3D有限元仿真软件对整个侵彻过程进行数值模拟,研究了EFP开坑、稳定侵彻、尾翼侵彻和冲塞贯穿形成二次破片的物理过程,模拟结果与试验现象和理论分析均吻合较好,并从原理上分析了试验中各宏观现象产生的原因。研究结果不但认识了EFP侵彻装甲靶板的机理,也可以为聚能装药对典型装甲毁伤评估提供参考。     

大炸高下爆炸成型弹丸的试验研究

为进一步优化设计EFP战斗部,试验研究了3种不同药型罩壁厚的EFP战斗部在大炸高下的飞行稳定性能和侵彻威力情况,对比分析穿过纱网靶后留下的孔形及对装甲钢靶板的侵彻效果,并通过仿真计算进行验证。结果表明：药型罩壁厚为0.046D k时形成的EFP不仅飞行稳定性好,且穿透了一定厚度的装甲钢靶板,试验结果与仿真结果吻合较好。     

爆炸成型弹丸侵彻钢靶的后效破片云实验研究

为研究爆炸成型弹丸（EFP）穿透钢靶后的后效威力,设计了长杆形EFP装置及对45号钢 靶板的侵彻实验。采用X光摄影方法观测EFP穿过靶板后的破片云形态及飞散特性;通过测量靶板后一定距离处验证板上的穿孔,得到靶板后破片数量。从拍摄的脉冲X光照片可以看出：EFP穿透钢靶后形成的破片云形状是截椭圆形,飞散角约50°. 从验证板上的穿孔可以看出：靶后破片可穿透10 mm铝板,破片穿孔分布相对随机,穿孔直径近似呈正态分布特征,破片飞散角与X光观测结果一致;随着靶板厚度增大,破片飞散角均为50°,但靶后破片数量呈先增大、后减小的趋势,即存在靶后破片数量最大化的靶板厚度。从回收到的破片可以看出：靶后碎片由EFP和钢靶碎片共同构成。     

EFP对有限厚603靶板侵彻的试验研究

根据EFP对有限厚603靶板侵彻的脉冲X光摄影及靶后破片回收结果,分析了EFP对有限厚603靶板的侵彻规律,进而通过对试验结果的数据处理,获得了EFP对有限厚603靶板极限穿透速度的经验公式.     

陶瓷/玻纤复合防护结构层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律研究

为研究陶瓷/玻纤复合防护结构的层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律,文中采用145 mm弹道枪加载方法进行了30 g破片对18 mm厚陶瓷(含有3 mm厚玻纤包裹层)/20 mm厚玻纤复合板的侵彻试验,并获得了破片的最小贯穿速度.同时,通过数值仿真进一步研究了复合板层间位置对抗破片侵彻性能的影响.结果表明,当靶板总厚度为38 mm左右,30 g破片以1 300 m/s的初始速度侵彻陶瓷/玻纤复合结构时,陶瓷板与玻纤板的厚度比在0.9.~1.7之间时其抗破片侵彻能力较好.     

陶瓷/玻纤复合防护结构层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律研究

为研究陶瓷/玻纤复合防护结构的层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律,文中采用14.5 mm弹道枪加载方法进行了30 g破片对18 mm厚陶瓷(含有3 mm厚玻纤包裹层)/20 mm厚玻纤复合板的侵彻试验,并获得了破片的最小贯穿速度.同时,通过数值仿真进一步研究了复合板层间位置对抗破片侵彻性能的影响.结果表明,当靶板总厚度为38 mm左右,30 g破片以1 300 m/s的初始速度侵彻陶瓷/玻纤复合结构时,陶瓷板与玻纤板的厚度比在0.9.～1.7之间时其抗破片侵彻能力较好.     

锥角对具有PELE效应的EFP成型影响的数值仿真分析

为增强反轻型装甲目标弹药的毁伤能力,提出了一种内含低密度装填材料的变壁厚弧锥结合药型罩。使用有限元软件LS-DYNA分析了各锥角对爆炸成型弹丸(EFP)成型的影响规律和EFP对靶板的侵彻效应,拟合得到EFP成型参数曲线与EFP成型速度的曲线方程。结果表明,药型罩内锥角α_1取166°～170.2°,装填物内锥角α_2取160°～166°,装填物外锥角α_3取140°～152°,药型罩外锥角α_4取132°～140°时EFP成型速度较快、成型效果较好;α_3对EFP成型速度、长度与径向尺寸影响最大,α_1,对EFP中心厚度影响最大。基于研究结果对药型罩结构进行优化,优化后的药型罩能够形成具有明显横向效应增强型侵彻体(PELE)效应的EFP,在射入靶板时对其扩孔,并在穿透靶板后碎裂形成高速破片对目标内部进行二次毁伤。     

钨球及六棱钨柱破片侵彻Q235叠层靶特性研究

为研究破片形状及质量对其侵彻性能的影响和靶板分层方式对其抗侵彻性能的影响,采用12.7 mm标准弹道枪发射质量为8.05 g、直径为9.4 mm的钨球以及质量为12 g、尺寸为内切圆Φ 9 mm×9.5 mm的六棱钨柱,分别撞击材料为Q235的3种不同结构靶板。通过试验和R-I公式得出了钨球及六棱钨柱破片侵彻3种不同结构Q235靶的弹道极限。在此基础上,验证了选用模型及参数的有效性;并采用数值模拟方法研究了相同质量下两种不同形状破片侵彻Q235靶性能的差异性。研究结果表明,破片侵彻靶板的性能不仅与破片形状、靶板分层结构有关,还与破片侵彻靶板的速度以及破片质量有关。六棱钨柱侵彻靶板性能与其着靶姿态以及靶板结构有关。在质量相同以及一定侵彻速度的条件下,球形破片侵彻靶板的能力高于六棱柱破片,叠层靶比相同厚度单层靶能够提供更好的抗六棱柱破片侵彻的能力。     

柱形破片对有限厚铝靶垂直侵彻过程研究

建立了柱形破片垂直侵彻有限厚铝靶极限穿靶速度和穿靶后剩余速度的计算模型,描述了穿靶后剩余速度与靶板厚度、破片直径等之间的关系,并进行了数值计算和试验验证,经比较,模型计算、数值计算结果与试验有较好的一致性,所建立的模型能够较好描述柱型破片垂直侵彻有限厚铝靶的物理过程.     

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。     

爆炸成型弹丸侵彻相似律的数值模拟研究

利用相似理论分析了爆炸成型弹丸侵彻钢靶过程的相似参数,建立了爆炸成型弹丸侵彻钢靶的相似律关系.在此基础上以球缺型爆炸成型弹丸为计算模型,应用显式有限元程序LS-DYNA对满足模拟比的爆炸成型弹丸侵彻钢靶的过程进行了数值模拟.数值模拟结果表明,模拟弹与原型弹的成型符合相似律,其对钢靶的侵彻深度也满足模拟比.因此,侵彻相似律在爆炸成型弹丸侵彻研究中是成立的.     

带装甲钢背板的钢纤维混凝土靶抗侵彻试验及数值模拟研究

为了研究钢纤维混凝土抗侵彻性能,对带装甲钢背板的高强度钢纤维混凝土靶进行12.7 mm 穿甲弹、长杆弹高速撞击侵彻试验。根据背靶侵彻深度试验结果,采用防护系数评估复合靶的抗侵彻性能。采用细观离散元模型Lattice Discrete Particle Model、弹塑性模型和Johnson-Cook屈服准则分别描述钢纤维混凝土、弹体和装甲钢靶的材料力学响应,建立了混凝土侵彻问题的有限元-离散元耦合数值仿真模型。通过对比钢纤维混凝土破坏形态和背靶侵彻深度,验证仿真模型对于钢纤维混凝土侵彻问题的适用性。针对3种代表性侵彻工况,模拟分析复合靶间隙以及钢纤维含量对于侵彻响应的影响。仿真结果表明：相比含间隙的复合靶,无间隙的约束条件能够明显减小背靶侵彻深度;钢纤维含量对于背靶侵彻深度几乎没有影响而对混凝土靶破坏形态有较大影响。进一步仿真分析12.7 mm穿甲弹贯穿钢纤维混凝土靶板响应影响因素,得到：圆柱靶直径大于30倍弹径时, 弹体贯穿出靶速度趋于收敛;随着靶体厚度增小,剩余速度与撞击速度趋近于线性关系。     

轻型陶瓷/金属复合装甲抗弹机理研究

为探讨轻型陶瓷复合装甲抗弹机理,采用弹道冲击试验研究了高速破片冲击下轻型陶瓷/金属复合装甲的冲击响应,对弹体、陶瓷面板及金属背板的破坏现象进行了物理描述和唯象分析,指出了陶瓷面板和金属背板的破坏模式,分析了陶瓷/金属复合装甲的弹道吸能机理及抗弹性能。结果表明,锥形碎裂是陶瓷面板的主要破坏模式,其宏观裂纹主要有：径向、环向及与初始表面法线方向约65°夹角向外扩展的锥形裂纹;此外还会形成与背表面法线间的夹角约为65°的倒锥形断裂面。背板的变形范围、破坏程度及破坏模式均与船用钢靶板有较大区别,当弹速低于靶板弹道极限时,背板变形模式为隆起-碟型变形,当弹速大于靶板弹道极限时,随着陶瓷面板相对厚度的增加,金属背板的破坏失效模式有：剪切冲塞失效、碟型变形-剪切-花瓣型失效、碟型变形-花瓣型失效;弹体动能主要耗散在弹体和背板的破坏与变形;弹道极限速度附近,弹体和金属背板破坏吸能量会由于陶瓷面板的相对厚度不同而不同,但他们的总吸能量可占弹体初始冲击动能的90%以上,而陶瓷面板碎裂及反冲击方向喷射的动能小于弹体初始冲击动能的10%。     

爆炸反应装甲对爆炸成型弹丸侵彻效应影响的实验研究

为揭示三明治结构爆炸反应装甲（ERA）对爆炸成型弹丸（EFP）侵彻效应的影响,开展了铜质杆式EFP对披挂典型斜置角ERA主靶板的侵彻效应实验。采用脉冲X光摄影方法拍摄了EFP与ERA相互作用的图像,并获得了EFP对主靶板的剩余侵彻深度（RDOP）。实验结果表明,EFP对披挂ERA主靶板的RDOP随着ERA斜置角的增大而呈非线性下降,相对无ERA时的侵彻深度下降百分比呈指数增长的变化趋势。ERA炸药层厚度为0.027D（D为装药口径）时,当斜置角为0°和30°时,EFP的RDOP和相对侵彻深度下降百分比变化较小;当斜置角从30°增大到60°时,EFP的RDOP从0.50D减小至0.19D,相对侵彻深度下降百分比则从41%迅速增大到77%. 随着ERA炸药层厚度的增大,EFP的RDOP减小、相对侵彻深度下降百分比增大。其中, ERA炸药层厚度为0.027D时的相对侵彻深度下降百分比比ERA炸药层厚度为0.018D时平均增大8%.     

不同形状的预制钨破片正穿甲钢靶的破孔能力分析

为了探究不同形状和初始动能条件下预制钨破片对中厚钢靶的穿甲问题,采用LS-DYNA动力显示分析软件分别对不同初速条件下,3种形状破片撞击钢靶的过程进行仿真模拟.通过对比分析弹靶毁伤形貌和破片速度时程曲线等,得到了形状和初始动能对穿甲威力影响的变化规律.仿真结果表明:相同初始条件下,不同破片形状对钢靶的侵蚀程度不尽相同,但侵彻机理相似;侵彻动能的增加对穿甲威力的提升影响显著,穿甲威力随侵彻动能的增加而增大;初始动能相同时,立方体形破片破孔能力最强,圆柱形破片次之,球形破片最弱;与此同时,立方体形破片在穿甲过程中速度及动能衰减最为严重.     

周向多爆炸成型弹丸战斗部仿真

为了提高多爆炸成形弹丸（MEFP）对武装直升机、巡航导弹及空地制导武器等目标的毁伤能力,通过在炸药周向布置多个药型罩、轴向布置多层结构的办法,设计了一种新型多枚爆炸成形弹丸战斗部,分析了弹丸成型过程中的力学特性并利用动力学仿真软件模拟了成形过程。毁伤计算结果表明：该型战斗部所形成的单个EFP在穿透10 mm 装甲后仍具有较高的剩余动能,对轻型装甲目标具有较高的毁伤效能,研究结果可为小口径MEFP战斗部设计提供参考。