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.     

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。     

一种组合药型罩聚能战斗部

现随着现代舰船抗爆炸冲击能力的日趋增强,必须大幅提高鱼雷战斗部威力才能有效打击敌方舰船,为此设想了一种组合药型罩聚能战斗部应用于新型鱼雷.设计了聚能战斗部的结构,分析了其作用机理,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA进行了数值仿真计算,得到了其侵彻单层靶板的应力云图.仿真结果表明,该组合药型罩战斗部能利用前级聚能射流为后续爆炸成型射弹(EFP)弹丸随进破坏提供运动空间,对目标的破坏效应明显强于普通聚能战斗部.该研究结果可为新型高效鱼雷战斗部设计提供参考.     

鱼雷聚能战斗部自锻弹丸水中运动特性仿真研究

聚能战斗部是鱼雷战斗部的一个重要发展方向,聚能战斗部中的药型罩在聚能效应的作用下形成自锻弹丸(EFP),其对水中目标的毁伤效果主要取决于EFP经过一定距离的水介质后到达目标时的速度和形状。本文以EFP本身为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对鱼雷聚能战斗部EFP在水中的运动特性作了数学仿真分析,模拟了EFP在水中运动自身的速度梯度、EFP的形状等随时间的变化,对EFP在水中运动自身的速度梯度和形状等参数随时间变化规律做了初步研究。本文的研究成果对鱼雷聚能战斗部结构、药型罩的设计和优化以及提高鱼雷聚能战斗部对目标毁伤效果的研究具有一定的参考意义。     

水下爆炸冲击波和气泡载荷对典型圆柱壳结构的毁伤特性

为研究近场爆炸冲击波及气泡载荷对缩比后的鱼雷典型圆柱壳结构的毁伤特性,并探讨装药距离、装药方位等相关参数对圆柱壳结构变形特征及毁伤特性的影响规律,采用任意拉格朗日-欧拉算法对近场爆炸冲击波及气泡载荷对圆柱壳结构的毁伤特性进行了数值模拟分析。将壁面附近爆炸气泡演化过程的仿真结果和试验结果进行了对比,验证了数值模拟方法的有效性。利用该数值分析方法对多组不同装药距离和装药方位下的爆炸过程进行了研究,深入分析了冲击波、气泡脉动载荷及射流载荷等不同形式载荷对圆柱壳结构的毁伤作用机理。研究结果表明：冲击波对圆柱壳结构的毁伤效果受装药距离的影响较为明显,装药距离的增大会急剧削弱冲击波在圆柱壳上造成的破坏,而圆柱壳的方位改变对冲击波的毁伤作用影响较小;水射流载荷对圆柱壳结构产生的毁伤受方位因素的影响较为明显,当药包位于圆柱壳下方时圆柱壳迎爆面在气泡脉动及射流载荷联合作用下产生的塑性应变最大。     

爆炸成型弹丸性能参数灰关联分析

为了分析药型罩和装药参数对爆炸成型弹丸成型的影响,采用数值模拟方法计算出18种不同方案下EFP成型后的性能参数,基于灰理论对影响EFP成型性能的参数进行了灰关联分析.结果表明:影响EFP速度的主要因素依次为装药爆速、装药密度、药型罩锥角、装药高度、药型罩材料密度、药型罩壁厚;影响EFP长径比的主要因素依次为装药爆速、装药密度、药型罩材料密度、装药高度、药型罩锥角、药型罩壁厚;研究结果可为EFP战斗部优化设计和毁伤性能的提高提供参考.     

结构参数对爆炸成型弹丸性能影响的研究

为研究聚能装药结构参数对爆炸成型弹丸性能的影响,利用三维动力有限元程序,对爆炸成型弹丸形成过程进行了数值模拟,研究了装药长径比、装药密度、药型罩材料、起爆方式以及壳体厚度对爆炸成型弹丸性能的影响规律。根据研究结果,设计了一种较优化的聚能装药,并进行了聚能装药侵彻混凝土靶板实验。实验结果表明,设计的EFP聚能装药对混凝土靶板有较好的开坑效果,开坑孔径和孔深分别接近装药口径的0.6倍和6.4倍。     

鱼雷战斗部技术研究现状及发展趋势

鉴于鱼雷战斗部技术的研究现状,通过以下5方面分析并展望了提高鱼雷战斗部爆炸威力的途径：研究新型战斗部结构,实现定向聚能爆破;研究新型高能炸药,提高战斗部的毁伤威力;加大鱼雷口径,大幅度增加装药量;采用先进工艺,提高炸药的装填密度;在必要情况下,采用核装药。提出了改进建议：在逐步提高研究手段和加强条件保障建设基础上重点开展鱼雷战斗部数值仿真研究和水下爆炸试验研究。     

大口径EFP对钢板开孔效能仿真及试验验证

为研究大口径聚能装药结构参数对爆炸成型弹丸的影响,利用LS-DYNA软件对爆炸成型弹丸形成和侵彻靶板过程进行了数值仿真,研究了罩口/罩顶壁厚比对EFP成型的影响规律,并通过大口径EFP高速侵彻舰用靶板试验进行验证。结果表明：当变壁厚药型罩的罩顶厚度为25mm、罩口厚度为17mm时,形成的EFP速度高、开孔孔径大、毁伤效能优;设计的大口径EFP对大型舰船目标结构靶可形成有效毁伤,且侵彻靶板后弹丸和剥离块具有较强的后效毁伤能力。本研究为EFP战斗部的设计和工程应用提供参考。     

网格密度对聚能侵彻体成型有限元仿真的影响

针对仿真模型的网格密度对聚能侵彻体成型的影响问题,通过LS-DYNA仿真软件和X光成像试验的对比研究,得到了网格密度对毁伤元EFP和JPC速度、长径比等成型参数的影响规律。结果表明,当取装药网格尺寸为0.024倍装药口径时,满足聚能侵彻体成型计算精度的药型罩轴向网格尺寸应为0.4～0.6倍装药网格尺寸。     

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。     

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%.     

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。     

集束定向EFP成型与侵彻性能研究

针对高速、厚壁巡航导弹及反舰导弹无法通过传统的破片及MEFP战斗部有效击穿/击爆的工程难题,文中提出一种新型集束定向EFP战斗部结构,选用侵彻能力较强的钽-2.5钨合金药型罩,通过点起爆方式在一定空间内形成飞散的集束EFP,采用非线性动力学软件AUTODYN-3D进行数值模拟,得到不同位置药型罩所形成EFP毁伤元的形状、速度以及飞散规律,并通过试验进行验证.试验中集束定向EFP飞散角与数值模拟结果基本吻合,验证了该战斗部设计的可行性,集束定向EFP战斗部具有良好的应用前景,可为我国防空反导弹药和反轻型装甲弹药高效毁伤战斗部提供指导.     

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。     

整体多枚爆炸成型弹丸战斗部试验研究及数值模拟

为提高爆炸成型弹丸(EFP)的命中概率和炸药装药利用率,通过在药型罩上预制沟槽和开孔的办法,设计了一种新型整体多枚爆炸成型弹丸(MEFP)战斗部。靶场静爆试验和数值模拟表明,这种MEFP战斗部能够产生预期的3枚成型弹丸。每枚成型弹丸均可穿透两层15 mm厚叠放的25SiMnMo装甲板,试验靶板上弹孔呈等边三角形分布,有效地提高了命中概率。这种MEFP战斗部对靶板总的穿透毁伤面积较结构相似的单枚EFP提高3倍以上。     

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。     

复合 MEFP 战斗部侵彻性能及其后效的仿真研究

为研究新型复合 MEFP 战斗部在破甲武器中的应用,运用 ANSYS ／LS-DYNA 有限元分析软件,采用多物质ALE 流固耦合算法,对复合 MEFP 战斗部侵彻体成型过程进行数值仿真计算,研究其侵彻体性能,并选择靶板进行侵彻,分析侵彻性能及穿孔孔径和毁伤范围,最后以后效靶板进行验证,综合分析复合 MEFP 战斗部的侵彻性能及后效影响;结果表明：该复合 MEFP 聚能战斗部在起爆方式选取单点同时起爆时,形成互不影响的1个主 EFP 和4个辅EFP,可以同时侵彻靶板,提升侵彻性能;主、辅 EFP 侵彻钢靶使孔径增大,并且提升了战斗部毁伤范围;复合 MEFP战斗部后效作用明显,侵彻后效靶板的孔径为48 mm,大大提升了 EFP 战斗部的毁伤性能。     

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％.     

聚能型鱼雷战斗部对潜艇目标毁伤研究

聚能型鱼雷战斗部在炸药起爆后,药型罩形成高速运动的自锻弹丸,在侵彻水介质时保持低阻运动,出水后能在耐压壳上穿约φ100mm的孔,并具有一定的后效作用,能继续击毁潜艇舱段的发动机、弹药舱等,使之完全失去战斗力．