正交试验在粉末药型罩制造工艺参数研究中的应用

文章将正交设计应用于粉末药型罩压制工艺参数研究,分析了影响粉末药型罩性能的工艺参数。确定了试验方案,根据方案完成了穿孔深度试验,并根据试验结果进行数据分析。分析表明：4个因素的影响大小依次为压罩压力、药型罩圆径跳、保压时间、阴模旋转速度。确定了较优的生产工艺条件,利用数学模型计算得到较优条件下的射孔弹穿深并完成了验证试验。     

LLM-105炸药在超高温射孔弹中的应用

对LLM-105炸药进行耐热分析试验,研究了其感度和热安定性。对LLM-105炸药与弹壳、药型罩进行了相容性测试,结果表明:LLM-105炸药完全可以与弹壳和药型罩相容。在同等条件下分别用LLM-105炸药和S992炸药作为主炸药压制了83型和121型超高温射孔弹,并对柱状混凝土靶进行打靶试验。试验显示:采用LLM-105装药的83型超高温射孔弹平均穿深比S992装药的射孔弹提高21.6%;采用LLM-105装药的121型超高温射孔弹平均穿深比S992装药的射孔弹提高25.7%,孔径也均有所提高。     

药型罩轴向密实度分布对射孔弹性能的影响研究

针对射孔弹研制过程中,钢靶穿深显著提高而混凝土靶穿深未能同向提高的现象,测试了药型罩轴向密实度的分布,并利用脉冲X光照相观测了射孔弹起爆后的射流形态,分析了药型罩轴向密实度分布不均匀对射流的影响。通过优化前后的射孔弹性能对比试验可知:距药型罩口部约2/5的部分密实度偏低,易造成尾部射流的过早断裂,将降低射孔弹在混凝土靶中的穿深。药型罩轴向密实度分布的均匀性提高5.3%,射孔弹在钢靶中的穿深未受影响,但混凝土靶穿孔深度提高约20.5%。     

装药与药型罩分离对射孔弹穿深影响的规律研究

采用数值模拟计算和实验分析研究了某60型射孔弹聚能装药与药型罩在不同的装配分离间隙下穿深的下降规律。仿真计算得到的穿深与间隙关系曲线与实验得到的变化趋势相似,即随间隙的增大,60型射孔弹的穿深呈现出快速下降、略有上升、平缓不变的过程。揭示了穿深曲线在装药和药型罩分离间隙增大至3.5 mm后要经历一个先上升后平缓的特殊过程的事实,并根据数值计算过程分析了分离间隙在4.0~5.0 mm范围内穿深增加现象的原因。     

具有前驱罩石油射孔弹研究

聚能装药结构能降低喷口对射流的影响,从而达到更好的侵彻效果。主要从药型罩结构和药型罩材料两方面对石油射孔弹进行了试验研究。选取在射孔弹内使用前驱药型罩和主药型罩相结合的结构,使射孔弹爆炸时形成初始速度非常高的前驱射流,为随后的主射流打开一个环形通路,从而达到大孔径、深穿孔的目的,为大孔径、深穿孔射孔弹的设计开发提供了一些基础数据。     

活性金属药型罩射孔弹破甲试验研究*

为增大射孔弹的穿孔孔径,设计了一种活性金属药型罩,该种药型罩中包含在外界作用下可产生放热反应的铝/镍金属体系,同时选用3种活性金属材料配方开展相应试验,并与铜钨金属粉末药型罩的作用效能进行对比。试验结果表明,添加一定比例反应性金属能够提高药型罩射流的后效作用能力、增大穿孔孔径,其中,铜粉质量分数为10％时对增加射流穿深几乎没有形成帮助,而当铜粉质量分数为70％时,射流的穿深显著增大。     

装填RDX基含铝炸药射孔弹的性能试验

为了提高含能射孔弹综合性能,降低致密油气储层的开采难度,对装填RL-F含铝炸药射孔弹的性能进行了研究。首先以RL-F含铝炸药为研究对象,对RL-F含铝炸药进行了机械感度、静电火花感度、5 s延滞期爆发点和DSC热分解测试;其次分别将RL-F含铝炸药和JH-16炸药装填在89型射孔弹中,进行了地面模拟装枪穿钢靶和穿柱状混凝土靶试验。结果显示:RL-F含铝炸药具有合适的机械感度,耐热性良好,适用于射孔弹压装工艺;与装填JH-16炸药的89型射孔弹穿深性能相比,装填RL-F含铝炸药的89型射孔弹地面侵彻钢靶和地面侵彻柱状混凝土靶穿深分别降低了10.6%和27.5%,而装填RL-F炸药在侵彻混凝土靶时射流孔道干净清晰、无杵堵,孔道无压实带。     

一种球锥结合药型罩石油射孔弹研究

设计了一种球锥结合药型罩石油射孔弹,在半球形主药型罩基础上增加了锥形前驱罩结构,利用ALE方法,模拟了药型罩材料为铜,锥角角度分别为30°、35°、40°、45°和50°时对其射流的速度和形状、射流头部速度和杵体质量的影响,并与半球形药型罩模拟结果进行对比.结果表明前驱罩锥角40°比锥角30°射流速度降低了26％,直径提高了8.1％,锥角40°比锥角50°射流速度提高了4.1％,直径降低了3.4％.前驱罩锥角为40°和50°的球锥形药型罩的射流头部速度比半球形药型罩分别提高了25％和20％,直径分别提高了2.6％和6.1％.试验结果与模拟结果大致相符,为大孔径、深穿孔石油射孔弹的设计开发提供了一定的参考.     

超细钨铜复合粉末注射成型药型罩研发及测试

W-Cu合金结合了钨的高密度与铜的高动态延伸率,是一种前景广阔的药型罩材料.为获得性能优良的金属射流,提高油气井射孔弹的穿孔指标,对高致密均质W-Cu合金药型罩进行了研发.采用热化学工艺开发了不同含铜率(质量分数为10%,15%,20%,25%)的亚微米级超细W-Cu复合粉末,选W-25Cu型复合粉末并采用注射近净成型工艺技术制备了药型罩,将脱脂件在H_2气氛中烧结,峰值温度为1 200℃.采用SEM观察发现,烧结药型罩微观结构为亚微米级的W粒子均匀地分布在Cu基体中,其实测密度高达14.75 g/cm~3.拉伸试验表明,所开发的药型罩材料具有优良的力学性能,极限抗拉强度达到822.4 MPa,屈服强度达807.5 MPa,延伸率为1.18%.破甲性能测试实验证明,该类药型罩具有极其稳定的侵彻性能.     

钨铜粉末药型罩射孔弹对钢靶侵彻的数值模拟

利用Ansys/Ls-Dyna软件对钨铜粉末药型罩射孔弹侵彻钢靶过程进行了数值模拟。运用混合物的叠加原理对钨铜混合材料的状态方程参数进行了计算,得到钨铜(20W80Cu)粉末药型罩的参数。采用多物质ALE算法,模拟了钨铜药型罩射流的形成及侵彻钢靶的过程,模拟89型号射孔弹作用45#钢靶,穿深为153mm,孔径为9.6mm,并与实际情况对比,数值模拟结果与实验结果差别在5%以内。     

不同测试方法对射孔弹穿孔性能的评价

采用地面模拟装枪穿钢靶试验、整枪穿环形混凝土靶试验和地面模拟装枪穿砂岩靶试验3种不同的测试方法评价一种114型射孔弹穿孔性能。结果表明:在射孔弹方案研制阶段,选择地面模拟装枪穿钢靶试验,试验成本较低,对优化穿深性能有指导意义;地面模拟装枪穿砂岩靶试验作为射孔弹研制后期的评价方法,贴合射孔弹对地层的射孔效能,对油气增产和射孔弹应用更具指导意义。     

等壁厚球缺形装药结构优化设计?

针对串联战斗部前级装药兼顾侵深与开孔的要求,采用正交试验的极差分析方法,结合射流成型及侵彻钢靶的数值仿真结果,分析药型罩结构参数对于杆式射流侵彻性能指标影响的主次顺序,发现当相对壁厚值为3.4%时,侵彻深度达到最大。找到了一定侵彻深度条件下(1.7D),开孔能力最佳的等壁厚球缺罩结构参数的最佳组合(h=0.045D,r_1=0.579D)。简单提出了等壁厚球缺罩的设计方法,并进行了侵彻钢靶的静爆试验。数值模拟结果与试验结果吻合较好。研究结果为聚能装药技术的进一步研究提供了参考依据。     

截顶辅助药型罩对椭球罩射流成型影响研究

为了研究截顶辅助药型罩的结构参数对椭球罩射流成型及侵彻性能的影响,运用仿真软件Autodyn-2D的Euler算法对其有限元模型进行数值模拟计算.结果表明:当辅助药型罩高度为2.5mm,直径为15mm时,截顶椭球罩形成的杆式射流具有最优的形态及侵彻性能,使用优化后的辅助药型罩结构侵彻混凝土靶板时,头部速度提升23.9％...     

前舱干扰下锥弧药型罩射流成型及侵彻性能研究

为了有效地降低前舱对聚能射流的干扰作用,提高聚能战斗部侵彻混凝土靶的威力,设计了一种锥弧药型罩。利用动力学仿真软件AUTODYN 2D对两种小锥段不同壁厚的锥弧药型罩和相同装药结构下的传统药型罩在前舱干扰情况下形成射流的过程进行数值模拟研究,分析这3种药型罩形成射流的性能,最后通过静破甲试验验证锥弧药型罩的侵彻性能。结果表明:与传统结构药型罩相比,在爆轰压力作用下,锥弧药型罩的锥形部分形成头部高速射流,减少在前舱的射流消耗,增加侵彻深度;弧形部分形成的射流质量利用率高,可形成粗大射流,提高侵彻能力;小锥段1.6 mm和2.5 mm壁厚锥弧药型罩形成的射流都能够侵彻1 200 mm厚的混凝土靶板,且小锥段1.6 mm壁厚锥弧药型罩形成的射流侵彻性能更好。     

粉末药型罩石油射孔弹侵彻性能的数值模拟

根据石油射孔弹的实际结构和几何尺寸,运用ANSYS/LS-DYNA2D非线性动力学有限元分析软件,基于自适应网格方法,对孔隙率为11.53%的铜药型罩射流形成和打靶过程以及聚能射流头部速度进行详细描述和分析,并对密实铜药型罩射流形成及打靶的过程进行了数值模拟。对比分析粉末药型罩和密实药型罩侵彻靶板的形貌,结果表明:孔隙率为11.53%的药型罩打靶在穿深、孔径两方面均表现出了更好的侵彻特性。     

线性聚能装药侵彻深度的影响因素

为了研究民用膨化硝铵炸药为主装药的线性聚能切割的工艺参数,采用实验研究和三维数值模拟(ANSYS/LS-DYNA)相结合的方法,对以膨化硝铵炸药为主装药的聚能射流侵彻钢靶板过程的特点和规律进行了研究。对比各工况数值模拟结果与实验结果表明,2种方法的侵彻深度吻合较好,验证了拉格朗日-欧拉(ALE)方法的有效性,说明可采用此方法模拟射流的形成和侵彻。研究结果表明,采用民用膨化硝铵炸药作为主装药用于线性聚能切割时,在实验给出的工况条件下,炸高为40 mm,药型罩厚度为1.0 mm,药型罩锥角为80°时,可获得最大侵彻深度。     

药型罩与炸药间距对聚能装药能量输出的影响

为了满足反恐行动中破门破障类爆破器材威力可调节的要求,解决现有设计及方案无法根据目标快速调整的问题,提出通过调节药型罩与炸药间空气距离的方式对聚能装药威力进行快速调节的方案。利用数值仿真及理论验证的方法,对两种锥角结构且不同药、罩间距状态下的聚能装药能量输出进行了计算及理论分析。结果表明,随着聚能装药结构中药型罩与炸药间距的增加,射流的侵彻深度明显降低。当间距高度大于0.5D(D为装药直径)时,侵彻深度降低至原始侵彻深度的20%以下。该方案可以稳定地调节聚能装药的威力,为工程设计人员提供方案支持。     

线型聚能切割器水下切割钢板性能的数值模拟研究

借助ANSYS/LS-DYNA软件对线型聚能切割器水下切割钢板性能的影响因素进行了数值模拟研究。重点分析了水介质、有无药型罩和带有空气槽对射流侵彻靶板的特性影响。结果表明:聚能槽内的水介质会阻碍射流的形成,严重影响切割性能;带有空气槽的切割器可以提供射流形成的空间,大幅提高射流的侵彻能力;通过对无药型罩切割器水下切割钢板的数值计算,得到的钢板侵彻深度可达15.3 mm,相比有药型罩时,无药型罩的切割深度有了很大提高,侵彻深度大约是有药型罩的3倍,接近空气中线型聚能切割器对钢板的切割深度17.2 mm。