杆式射流侵彻钢筋混凝土试验研究

对于破爆式串联战斗部前级装药,如何兼顾侵彻深度和开孔孔径,是此类战斗部设计的关键问题。为了研究药型罩材料密度对杆式射流侵彻性能的影响,采用偏心亚半球聚能装药结构,进行了侵彻钢筋混凝土的试验研究。以侵彻钢靶作为对比试验,验证杆式射流整体侵彻规律并进行相关标定。研究结果表明,杆式射流对混凝土开孔的孔径随着药型罩材料密度的下降而逐渐增大。与紫铜射流相比,钛合金射流在保证一定侵彻深度的条件下开孔孔径提高约20%,因此钛合金是较为理想的聚能攻坚战斗部药型罩材料。试验结果及相关数据所展现的不同密度杆式射流侵彻能力大体相同,但钢类均质材料靶板无法体现钢筋混凝土内部出现的细节问题。虽然针对装甲目标的破甲弹等武器装备的设计理论较为完善,但不能完全作为聚能战斗部设计的理论依据。     

弹丸对预开孔混凝土靶体侵彻的实验研究?

针对集群聚能串联战斗部设计思想,将前级对目标的破坏简化为开孔预破坏,开展了弹丸对预开孔混凝土靶体的实验研究,分析了靶体开孔形式对弹丸侵彻性能的影响。结果表明,弹丸对预开孔靶体的侵彻深度随靶体开孔数量和开孔深度的增加而增加,相对说来,增加开孔数量相当于增加了靶体破坏面积,对提高后级侵彻能力更为有效。研究结果可为串联战斗部的前级集群聚能装药设计提供参考。     

星锥状药型罩形成射流侵彻混凝土的数值模拟

为了提高串联随进战斗部前级聚能装药结构对混凝土介质的破坏威力.文中利用LS-DYNA有限元分析软件对一种星锥状药型罩聚能装药结构形成射流侵彻混凝土靶板的过程进行数值模拟,分析了其成型过程以及对混凝土靶板的侵彻结果.通过与传统单锥状药型罩聚能装药结构形成射流侵彻混凝土靶板数值模拟结果的对比,表明由星锥状药型罩所形成的射流对混凝土靶板具有更强的破坏能力.为新型复合战斗部的前级聚能装药结构设计提供了依据.     

一种M型药型罩形成环形射流的数值模拟研究

对串联战斗部前级聚能装药开孔不大的问题开展了研究,提出了一种M型药型罩,通过分析该药型罩结构设计的原理,运用ANSYS／LS-DYNA仿真软件对该药型罩形成环形聚能射流进行了数值模拟研究。结果表明：M型药型罩能够形成直径较大的环形射流,射流持续稳定;军用领域,能够用作串联战斗部的前级药型罩,对靶板切割成一定孔深且孔径大的环形孔,方便后级随进战斗部对靶板形成充塞破坏;民用领域,可以对一定厚度的靶板进行快速打孔。     

聚能射流对厚壁移动靶的侵彻理论与数值模拟分析

为有效拦截摧毁来袭大壁厚高速运动的导弹和钻地弹,提出了一种采用破甲战斗部的攻击模式。基于虚拟源点理论并采用微元法,将射流微元与厚壁移动靶板的相互作用过程分为两个阶段： 第一阶段,射流微元在侵彻过程中不受靶板侧向力干扰,分析了该过程侵彻深度和孔径的变化规律;第二阶段,射流在侵彻过程中受到靶板的侧向干扰,建立了射流受干扰时的横向漂移速度及受干扰射流的侵彻深度等理论模型。为验证理论模型的正确性,设计了一种40 mm口径聚能装药,通过有限元软件LS-DYNA分析了聚能射流垂直侵彻不同移动速度靶板（0~600 m/s）的侵彻深度及孔径变化规律,同时结合Marmor等^\[17\]的试验数据,与所建理论模型计算结果进行对比。结果表明：破甲战斗部是对付高速运动厚壁战斗部的有效手段,所建理论模型可精确地计算出射流微元在各个阶段的运动状态,从而获得总侵彻深度随靶板运动速度变化的规律;靶板运动速度越高,无干扰侵彻阶段经历时间越短,射流受干扰程度越明显,破甲深度与扩孔孔径也越小。     

侵爆战斗部对钢筋混凝土靶的侵彻能力计算方法

为研究侵爆战斗部对钢筋混凝土靶的侵彻能力,采用试验与数值仿真相结合的方法,开展了战斗部高速侵彻钢筋混凝土靶板的研究。通过对战斗部穿透靶板后剩余速度的对比,验证了有限元模型的正确性,并研究了命中位置对战斗部侵彻能力的影响,提出一种计算侵爆战斗部对钢筋混凝土靶侵彻能力的方法。研究结果表明:战斗部与钢筋有接触时的侵彻能力明显下降,新方法基于战斗部对靶板3个典型位置侵彻的极限穿透速度得到战斗部平均极限穿透速度,更为全面地考虑了命中位置和弹靶尺寸的影响。     

长杆弹超高速侵彻砂浆靶临界速度的实验和计算

为了研究高强度合金钢长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,开展了30CrMnSiNi2A长杆弹以初速度1 381~1 879 m/s侵彻半无限砂浆混凝土靶的实验。实验结果表明：靶板的开坑直径、开坑深度、开坑体积以及弹道孔径与侵彻速度呈近似线性关系;当侵彻速度小于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而增大;当侵彻速度大于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而减小;当速度为1 724 m/s时,侵彻深度达到最大。靶板的剖分结果显示:当长杆弹超高速侵彻靶板时,弹体着靶时微小的倾角会导致侵彻弹道发生严重的偏转,呈现为“J”字形弹道。基于实验结果,在考虑长杆弹头部变形的基础上利用修正的A-T模型,得到了长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,分析了不同的弹靶参数对临界速度的影响,并结合实验数据,验证了理论模型的可靠性。     

射流在大炸高下的断裂及速度分布

为提高射流在大炸高下的侵彻能力,结合某型破甲战斗部的改进,通过试验研究了射流在大炸高下的断裂及速度分布,结果表明,大炸高下射流的断裂过程及速度分布是不连续的,高速段颗粒速度呈非线性分布,前后颗粒间速度差为1478.1m/s;低速段呈线性分布,前后颗粒间速度差为124m/s。射流的侵彻能力主要取决于高速段,到达靶板表面时的速度不低于5000m/s。     

基于对混凝土侵彻孔径要求的聚能装药设计

文中给出了串联战斗部前后级匹配设计方法.根据破/爆型串联战斗部作用原理,为了使后级子弹可靠随进,前级聚能装药穿孔保持为圆柱形孔为好.文中根据能量守恒原理及侵彻孔径公式,推导了获得圆柱形穿孔的射流直径与速度的关系.借助数值计算手段进行了前级聚能装药的优化设计,并通过了试验验证.     

超聚能射流成型及侵彻混凝土的数值模拟研究

为了提高聚能装药对混凝土介质的毁伤威力,设计了一种新型的截顶形超聚能装药结构,对其成型过程进行数值仿真,分析了超聚能射流的成型特点,以及不同炸高下射流对混凝土靶板的侵彻规律。研究表明:新型的截顶形超聚能装药结构可以形成杵体较少、头部成细锥形的不断裂高速射流,侵彻混凝土靶板时既可以保证一定的侵彻深度又可以在靶板表面形成漏斗形破坏区。该装药结构形成的超聚能射流头部速度达到13km/s以上,具有侵彻能力的射流质量占药型罩质量的66.02%。炸高为3倍装药口径时,射流对混凝土靶板的侵彻深度达到10倍装药口径,漏斗坑直径达到0.5倍装药口径。     

聚能装药侵彻混凝土的径向扩孔工程研究

扩孔孔径大小是聚能装药侵彻混凝土目标的重要设计参数之一。在分析射流侵彻混凝土各个阶段特点的基础上,根据射流侵彻混凝土的扩孔特点,将扩孔过程分为初始孔径形成和克服惯性力扩孔两个阶段,并得到了初始孔径与射流直径关系的简单表达式。利用连续介质力学和修正后的伯努利方程对克服惯性力扩孔过程进行了计算,在忽略环向拉力的情况下,推导出扩孔速度随孔径的变化关系和射流侵彻混凝土的扩孔公式,并进行了编程计算和试验验证。将理论值与试验数据进行对比,结果表明,该公式满足混凝土扩孔工程计算的要求,对串联侵彻战斗部前级聚能装药结构设计具有一定的指导意义。     

不同聚能装药水下作用效果的对比分析

为研究不同聚能装药在水下的爆炸成型运动规律以及鱼雷接触与非接触爆炸时对靶板穿孔孔径的影响,在考虑水下压力的条件下利用非线性动力学软件AUTODYN-2D对不同聚能装药水下作用进行数值仿真研究。结果表明:在水下阻力的作用下,普通射流与杆式射流头部会被侵蚀而有所损失,爆炸成型弹丸自身的变形较严重,普通射流头部速度衰减最快,杆式射流次之,爆炸成型弹丸最慢;不论是接触爆炸还是非接触爆炸,杆式射流侵彻靶板的孔径要大于普通射流,爆炸成型弹丸对靶板的穿孔孔径要大于前两者;当鱼雷非接触爆炸时,随着水介质厚度的增大,普通射流与杆式射流侵彻靶板的孔径逐渐减小,而爆炸成型弹丸侵彻靶板的孔径会先增大后减小。研究结果对于聚能型鱼雷战斗部的设计与提高鱼雷战斗部毁伤威力具有一定参考价值。     

两种典型串联聚能射流的数值模拟

为了进一步提高金属射流量和破甲深度,设计了单锥和双锥药型罩相结合的两种不同结构的串联药型罩,且利用Truegrid和有限元软件LS-DYNA对两种聚能射流的形成及侵彻钢板的过程进行了数值模拟。结果表明:这两种结构均能很好的形成射流,能够有效提高射流对靶板的侵彻深度,且以双锥罩为前级的装药结构形成的射流比以单锥罩为前级的装药结构形成射流的速度要高,前者的穿孔孔径较后者要大,在相同条件下,前者对靶板的穿深较后者要深。     

不同材料MEFP战斗部对典型无人机的侵彻性能

为研究不同材料MEFP战斗部对典型无人机的侵彻性能,以代表性的"捕食者"无人机为研究对象,建立其关键部位的等效模型。选紫铜、铁和钢的MEFP战斗部用ANSYS/LS-DYNA对无人机等效靶的侵彻性能进行数值分析。结果表明:3种材料的MEFP战斗部均能穿透"捕食者"无人机的防护装甲,但对靶板的开孔直径、轴向剩余速度不同,可有效毁伤"捕食者"无人机内部仪器设备,使其丧失作战能力甚至解体。     

聚能杆式射流侵彻混凝土和岩石靶体试验与数值模拟

为研究聚能杆式射流成型及其对混凝土和岩石靶体的侵彻破坏特性，分别开展了大隔板聚能装药射流成型X光试验及侵彻混凝土和岩石靶试验。同时，利用ANSYS/AUTODYN有限元软件，针对大隔板聚能装药爆轰波演化过程、杆式射流成型及侵彻混凝土和岩石过程进行了数值模拟，结合试验结果分析了聚能杆式射流对混凝土和岩石靶体的侵彻毁伤特性。研究结果表明：大隔板聚能装药炸药采用Lee-Tarver状态方程能够较为准确的描述爆轰波的传播过程，射流参数（侵彻体长度、射流长度、射流头部速度和射流直径）与试验相比最大误差为12.8%。大隔板聚能装药起爆后可形成大长径比的杆式射流，侵彻后的混凝土和岩石靶中均有明显的开坑区，但侵彻混凝土过程中扩孔作用不明显。其中，侵彻试验中混凝土靶形成的侵彻深度和侵彻孔径相较于岩石靶分别提高了46.7%和48.1%，而岩石靶表面破坏程度和开坑区域均大于混凝土靶。与混凝土靶相比，由于射流侵彻岩石靶过程中裂纹的不断扩展，形成的裂纹长度和宽度均大于混凝土靶，因此靶体损伤范围较大，内部破坏严重。     

考虑靶背自由面效应的中等厚度混凝土介质侵彻工程模型

为评估弹丸侵彻和贯穿中等厚度混凝土介质的能力,在半无限混凝土介质靶体侵彻模型的基础上,考虑混凝土靶背自由面效应,通过构造基于混凝土靶背自由面位置相关的阻力衰减函数,修正弹丸侵彻半无限混凝土靶体的侵彻阻力,建立可以快速预测弹丸侵彻混凝土介质的侵彻深度、贯穿速度和侵彻过载等物理量的工程计算模型。模型中加入混凝土冲塞判据,修正了弹丸临界贯穿情况下的弹丸侵彻阻力,可以预测混凝土靶背发生剪切冲塞现象。用模型对低速(650 m/s)和高速(1 100 m/s)两种侵彻速度弹丸侵彻不同厚度C40混凝土靶板试验工况进行计算,计算结果显示弹丸剩余速度计算值与试验结果绝对值误差小于22.1%,弹丸过载与仿真过载峰值误差小于4.4%; 模型对不同侵彻速度下的有限厚度混凝土靶的临界贯穿厚度进行预测,与NDRC经验公式计算结果对比发现本文模型具有更好的计算精度和速度适应范围。     

壁厚变化率对小锥角聚能射流形成影响的数值模拟

基于油气井射孔弹的设计原理,应用LS-DYNA 有限元程序,采用ALE 方法对某特定结构小锥角聚能装药在不同壁厚变化率的情况下射流形成过程及侵彻双层靶板进行了数值模拟,计算结果表明:采用顶部薄、锥底厚的药型罩,射流速度梯度高,可形成高速细长射流;射流侵彻双层靶板孔径小,剩余速度大;小锥角聚能射流侵彻强度高,药型罩壁厚变化率选0.9%为最佳.     

串联战斗部后级弹体对前级口径及自身初始姿态的适应性

为分析环形切割型串联战斗部对前级口径及自身初始姿态的适应性,开展了战斗部对目标作用的数值模拟研究.基于有限元分析软件LS-DYNA完全重启动技术,对不同口径前级和不同战斗部初始姿态下,后级弹体的随进侵彻过程进行数值计算分析.结果表明:前级口径对后级弹体的剩余速度和姿态影响较大,且趋势确定;但战斗部初始姿态对后级弹体的剩余速度和姿态影响很小,且趋势不确定;靶板失效形式可能是一个较重要的影响因素,值得进一步研究.     

鱼雷聚能战斗部EFP侵彻潜艇结构模拟靶数值模拟

测试鱼雷聚能战斗部爆炸成型弹丸(EFP)对潜艇结构的毁伤效果,考核战斗部威力指标,有利于准确评估反潜鱼雷聚能战斗部毁伤威力.利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,采用ALE流-固耦合算法,分析了EFP在侵彻过程中速度和加速度的变化规律,计算出装药量1.882 kg缩比鱼雷聚能战斗部EFP穿透厚度650 mm潜艇模拟水舱后,对潜艇耐压舱模拟靶板的侵彻破孔直径为49 mm,EFP穿透6层间隔后效靶之后,余速131.5 m/s.与实验结果对比,两者结果比较接近,表明模型建立合理,数值模拟算法选择正确,可为评估鱼雷战斗部毁伤威力提供参考.     

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.