六棱柱形战斗部预制破片驱动的数值模拟与试验

为研究六棱柱形战斗部预制破片的杀伤效果,建立了正六棱柱战斗部的三维模型,并以等高、等外径的普通圆柱形战斗部为对照组,利用LS-DYNA软件分别模拟了二者在端面中心起爆与偏心两线起爆时对破片的驱动过程,分析了破片的速度与密度增益,并设计了实弹试验对模拟结果进行了验证。模拟结果表明,偏心两线起爆时,六棱柱形战斗部和圆柱形战斗部破片速度的增益分别为9.2%和12.2%,与试验值的误差均在10%以内。试验结果表明,与端面中心起爆的圆柱形战斗部相比,六棱柱形战斗部在端面中心起爆和偏心两线起爆时分别可使破片密度提高53.6%和74.1%,且使破片在较远距离处仍有较优的聚集效果。     

破甲/杀伤多用途战斗部结构设计及试验研究

为使战斗部能够打击多种目标,在保持原单兵破甲战斗部的质量、外形结构和破甲威力基本不变的条件下,利用新型薄型波形控制器、半预制壳体和精密破甲战斗部技术,设计了破甲/杀伤多用途战斗部。采用射流垂直穿深试验、射流大间隔靶和破片杀伤试验,研究了改进后单兵破甲弹的射流穿深和破片杀伤威力。结果表明,设计的多用途战斗部在大炸高下使射流侵彻带前挂板加厚度80mm/50°均质靶后,还可穿透不低于3块厚度10mm的Q235靶板。周向杀伤破片能穿透距爆心5~10m处厚度1.5mm的Q235鉴证钢板,破片密度不小于2枚/m2,实现战斗部多功能的打击需求。     

双曲线型聚焦战斗部破片的设计方法

为解决预制破片聚焦战斗部加工中存在效率低的问题,基于正反圆柱螺旋线相交性原理,通过局部淬火预制工艺提出了一种新的高效率战斗部破片设计方法,并给出了一种聚焦式战斗部的加工实例。结果表明,局部淬火工艺对战斗部破片的控制效果良好,破片形状规则、质量分布均匀,有效破片质量分数达90%,符合毁伤要求,验证了其设计原理的正确性和可行性。     

双层预制破片爆轰驱动早期行为研究

通过分析方/球形双层预制破片在典型排布方式下的受力状态,并结合炸药爆轰驱动能量的释放规律,将双层破片的加速过程分为两个阶段,即冲击碰撞加速阶段和气体产物膨胀加速阶段;采用闪光X射线照相方法测量破片在冲击碰撞加速阶段的加速过程,然后结合经典Gurney公式计算出气体产物膨胀加速效果;对典型钨、钢材料的方/球形双层破片进行了试验和理论分析。结果表明,外层破片的初速均高于内层破片,其中,外、内层方形钢破片的初速比值最大,约为1.48,且外层方形破片由于受到较强拉伸波作用而出现明显破损;而外、内层球形钨破片的初速比值最小,仅为1.08,且球形破片大多为斜侧方对称受力,难以形成较强且较为集中的拉伸波,使得外层破片的完整性较好。     

杀爆战斗部破片和冲击波对目标的耦合作用

为了获得杀爆战斗部对目标作用时破片和冲击波两种毁伤元耦合作用机理,分析了作用时序对耦合作用的影响,并通过量纲分析给出了以有孔平板相对于无孔平板在爆炸冲击波载荷下的中心点挠度增益表征的耦合作用系数。利用AUTODYN软件对爆炸冲击波作用下预制孔及无孔平板的塑性变形进行了数值模拟并进行了试验验证,以模拟结果为数据支撑构建了耦合作用模型,提出了杀爆战斗部对典型目标的耦合毁伤计算公式。应用建立的公式针对某杀爆战斗部对典型目标的毁伤进行了评估。结果表明,当穿孔密度较低时,平板中心点挠度变化并不明显,随着破片穿孔密度的增加和直径的增大,平板中心点挠度增益与孔密度和直径呈正相关的变化规律。采用联合毁伤模型较独立毁伤模型杀伤半径提高,提高幅度最大可达9.5%。     

不同破片对模拟战斗部的毁伤实验研究

通过战斗部所产生的几种不同形状的破片对不同模拟战斗部的作用,研究了模拟战斗部在不同的打击动能和冲击波超压条件下的毁伤情况。实验结果表明,仅靠冲击波超压几乎不能毁伤如巡航导弹这样的战斗部,常规战斗部也很难引爆巡航导弹战斗部。反导导弹战斗部工程设计要从破片初速、密度和质量三方面综合考虑,才能有效击毁巡航导弹。     

爆轰波压力测量与战斗部设计的关系

一、概论战斗部主要分为核战斗部和常规化爆战斗部两种。本文只讲常规战斗部所涉及应用爆压问题。根据战斗部的作用大致可分为以金属为载能体的战斗部,如地对空或空对空战斗部是以方形破片或杆式破片杀伤飞机;又如以聚能罩形成金属超高速射流的反坦克导弹战斗部或自锻成型的翻转罩反坦克破甲弹或反舰艇战斗部,以及以爆破为目的的地对舰或地对地战斗     

爆轰波压力测量与战斗部设计的关系

一、概论战斗部主要分为核战斗部和常规化爆战斗部两种。本文只讲常规战斗部所涉及应用爆压问题。根据战斗部的作用大致可分为以金属为载能体的战斗部,如地对空或空对空战斗部是以方形破片或杆式破片杀伤飞机;又如以聚能罩形成金属超高速射流的反坦克导弹战斗部或自锻成型的翻转罩反坦克破甲弹或反舰艇战斗部,以及以爆破为目的的地对舰或地对地战斗     

二次爆炸杀伤战斗部原理的实验研究

提出了二次爆炸杀伤战斗部的概念并阐述了其相关作用原理,用实验验证了二次爆炸杀伤战斗部原理的可行性.针对选定的炸药装药,设计了二次爆炸杀伤战斗部的实验弹结构,利用高速摄影机拍摄实验弹的爆炸过程,确定二级装药在一级装药爆炸作用下是否发生XDT或DDT、测量起爆延迟时间和二级装药发生爆轰时其距初始位置的距离.结果表明,当有机玻璃隔板厚度值为50～80 mm时,二级装药发生稳定的XDT或DDT,起爆延迟时间为2 125～11 000 μs,二级装药产生的位移为252～645 mm;采用钝感炸药装药,在特定的条件下会发生起爆时间更长的爆轰.XDT或DDT原理可应用于杀伤战斗部技术,提高杀伤破片的分布密度和速度.     

炸药驱动预制破片轴向抛掷速度规律研究

为解决爆轰产物对轴向预制破片的作用压力从柱状装药中心沿径向逐渐降低,从而导致轴向预制破片抛掷速度沿径向逐渐变小的问题,研究了柱状装药长径比与装药壳体厚度等装药结构参数对轴向预制破片抛掷速度沿径向分布规律的影响,针对某种轴向前置预制破片战斗部,进行了破片轴向抛掷速度沿径向分布规律的试验.结果表明,装药长径比以及装药壳体等装药结构参数对轴向预制破片抛掷速度影响较大,通过装药尺寸、壳体厚度等参数匹配,可以调整轴向预制破片的抛掷速度.     

战斗部壳体破片平均质量与平均穿孔面积的关系

为研究战斗部壳体破片平均质量与平均穿孔面积的关系,针对3种战斗部装药JH-2、JOXL-1、RBOE-1设计了战斗部静爆试验和水井回收试验。应用图像处理技术,利用侵彻孔洞图像轮廓信息和自然破片平均质量的关系,标定了3种炸药的破片平均质量比例系数。结果表明,当壳体破片质量大于0.1g的破片计入有效破片时,3种炸药的破片平均质量比例系数分别为0.2249、0.3010、0.3907;当壳体破片质量大于1g的破片计入有效破片时,3种炸药的破片平均质量比例系数分别为0.5521、0.5772、1.0646;通过战斗部静爆后自然破片的穿靶试验可获得战斗部壳体形成自然破片的平均质量,较大程度地减少了以往试验的复杂性,方便在实际工程中应用,可为常规战斗部乃至不敏感战斗部的毁伤效能评估研究提供一种新的技术途径。     

偏心式定向战斗部的破片速度及数目分布

为了研究偏心式定向战斗部爆炸后的破片速度及数目分布,对此类战斗部爆炸后所形成的破片场进行了分析,建立了偏心起爆式定向战斗部的破片速度及数目分布的理论模型,并进行了试验验证。结果表明,在试验条件下,理论预测破片最大速度与试验值的误差为5.8%,表明所建立模型是可信的。与中心起爆点比较,距离起爆点最远处的破片速度最大,增益约为10.45%,破片密度则有约5.12%的降低。     

周向液体层对战斗部破片加速过程的影响

为研究外部液体介质对杀伤战斗部破片加速过程的影响,设计了液体层厚度与装药直径之比为1∶1的模拟样机,开展了满腔、半满和空腔3种状态下的模拟样机静爆试验,得到周向液体层包覆下战斗部的破片速度,并利用LS-DYNA软件对3种状态下装药加速破片的过程进行了分析,与试验结果进行了对比。结果表明,外部液体介质影响了战斗部装药爆轰能量的分配,进而降低了装药加载破片的性能,在满腔状态下破片的速度仅能达到空腔状态下的55%~60%;半满状态时,水介质的径向惯性约束作用使得爆轰产物并未均等地向各个方向膨胀作功,而是向无水方向流动较快(类似于局部泄爆),其能量出现不均衡分配,进而有效提高了无水一侧破片的速度,达到空腔状态下的1.65倍。数值模拟的结果与实验结果相吻合,进一步验证了周向液体层对战斗部破片加速过程的影响。     

偏心起爆战斗部速度增益的数值模拟及实验

为研究偏心起爆子母式战斗部破片速度的增益,运用LS-DYNA对子母式定向战斗部变形和爆轰驱动破片飞散过程进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合.结果表明,与中心起爆相比,在与起爆位置相对的方向上,偏心起爆战斗部增益区的破片速度明屁增加,最大增益可达10.7%.引爆点同侧的破片速度要明显小于引爆点对侧的破片速度,方位角在0°～180°方向上,破片的速度呈递增趋势.     

钨合金破片撞击复合靶后装药的实验研究

利用杀伤战斗部所产生的高速钨合金破片撞击复合靶后装药(铸装H-6炸药),以期观测复合靶后装药是否产生爆燃现象。利用工业CT分析了钨合金破片对复合靶后装药的侵彻情况。结果表明,虽然钨合金破片具有了较高的速度,但在贯穿一定厚度复合靶时,其动能急剧下降并产生了破裂,这是未能起爆靶后装药的一个主要原因。     

定向战斗部破片能量增益的数值模拟

利用有限元分析计算方法分别对爆炸网络控制定向战斗部和中心起爆战斗部装药驱动破片过程进行了研究,得到该过程的动画演示过程和各种相关数据。通过对数值模拟数据的处理,得到爆炸网络控制定向战斗部破片速度和数目的分布规律以及爆炸网络控制定向战斗部相对于中心起爆战斗部在增益区内的破片速度增益、数目增益和能量增益结果。     

三种类型战斗部破片飞散的数值模拟

为了得到可变形战斗部的整体性能,用有限元动力学程序LS-DYNA模拟了相同结构口径、相同装药类型的可变形战斗部、偏心起爆和传统周向均匀战斗部的飞散过程,得到三种结构战斗部沿目标方位角和破片飞散角内的破片空间和速度分布.结果表明,在给定毁伤目标范围内(-30°～30°),与传统周向均匀战斗部相比,偏心多点起爆战斗部的平均速度增益为124.6%,密度增益为103.5%;可变形战斗部的平均密度增益为175.9%,平均速度增益为110.2%.可变形战斗部对目标的整体毁伤性能优于偏心起爆战斗部.     

线内非同步起爆对战斗部毁伤效能的影响

为进一步提高偏心起爆定向战斗部的毁伤效能,在序贯起爆方式的基础上提出了4种线内非同步起爆方案,通过LS-DYNA仿真和求解破片外弹道方程,研究了线内起爆顺序、起爆延时和起爆线数目对军用车辆毁伤效能的影响。结果表明,通过调整线内起爆时序可以对破片轴向抛射角进行分段控制,4种线内非同步起爆方案均能有效提高毁伤效能;最佳起爆方案为偏心两线方案Ⅲ(自战斗部中下部的起爆点向两端依次起爆),起爆延时为1/2倍的相邻起爆点间传爆时间;相对于端面中心单点、偏心两线同时和偏心两线序贯起爆,该起爆方案下最大毁伤面积的增益分别为34.1%、24.7%和23.4%,且对战斗部炸点高度不敏感。     

破片轴向飞散战斗部破片速度的分布规律

用数值模拟和试验两种方法研究了不同装药长径比的破片轴向飞散战斗部在单点起爆与平面起爆两种起爆方式下的速度分布特征.结果表明,装药端面中心位置处破片速度最高,沿径向大致呈抛物线趋势衰减;随着长径比的增大,破片速度增大,但增大幅度趋缓;相对于中心单点起爆,平面起爆提高了装药爆轰的瞬时度,减弱了爆轰产物气体侧向稀疏作用,能够有效提高破片速度,且速度增益在中心位置处最大,沿径向增益趋缓;就装药结构来说,长径比越大,速度增益越小,平面起爆能够更有效地提高小长径比战斗部的破片速度增益.     

对炮用炸药及其装药研究和发展的意见

一、从炮用弹药存在问题看炸药及装药研究方向炮兵武器使用炸药的弹种主要有各种地面压制武器的杀爆榴弹、各种反坦克武器破甲弹、高射武器杀爆榴弹、各种导弹(地地战术导弹、反坦克导弹,地空导弹)战斗部等。现分别就这几种弹药所使用的炸药存在问题,及今后发展需要,提出以下意见。1.压制武器杀爆榴弹用炸药装药:目前炮兵压制武器的杀瀑榴弹至今使用的产品,大口径火炮榴弹仍有螺装TNT,迫击炮弹还有使用梯萘炸药,弹壁较厚,装药量较少,炸药能量不高,后膛炮榴弹爆炸后破片大,杀伤破片平均重10～22克,有的重量在200～300克,个别