高速杆式弹丸初步研究

根据高速杆式弹丸的特点和经典射流理论分析高速杆式弹丸的成型条件,提出了高速杆式弹丸的设计准则。应用LS-DYNA软件对设计的变球缺罩装药结构进行数值模拟,得到该装药结构下高速杆式弹丸的成型过程和成型机理。通过模拟计算得到了药型罩结构参数和起爆方式对弹丸成型的影响规律,并初步确定药型罩结构参数间的相互关系:药型罩直径D,内径R1=(0.55～0.6)D,外径R2=(0.58～0.62)D,药型罩高度为H=(0.3～0.35)D,半锥角α=82°～86°。     

爆轰驱动钽药型罩形成双模毁伤元仿真与试验研究

针对钽材料在多模战斗部中的应用问题,开展爆轰驱动钽药型罩形成双模毁伤元可行性研究。利用霍普金森压杆试验测试钽材料动力学性能,采用LS-DYNA有限元软件仿真研究钽药型罩结构参数（锥角、曲率半径、壁厚）对双模毁伤元(爆炸成型弹丸和聚能杆式侵彻体)成型的影响规律,找出了双模毁伤元成型较好的参数取值范围：锥角140°~150°,圆弧半径0.45~0.55倍装药口径,壁厚0.02~0.024倍装药口径;结合正交设计确定了钽药型罩战斗部最佳结构参数组合,并进行了X光成像试验。研究结果表明：成像试验结果与仿真结果吻合较好,误差均控制在15%之内;与紫铜药型罩相比,钽爆炸成型弹丸毁伤元实际侵彻深度提高55.4%,验证了钽适宜作为多模战斗部的药型罩材料。     

药型罩曲率半径对爆炸成型弹丸参数的影响

采用显式有限元程序对爆炸成型弹丸的形成过程进行了数值模拟，模拟的弹丸形状与高速摄影记录的结果非常相似，本文主要分析了EFP装药结构中药型罩曲率半径这一因素对所形成的弹丸参数的影响。结果显示，药型罩曲率半径对爆炸成型弹丸的外形，弹径和弹丸长度有着明显的影响。数值模拟技术可以指导爆炸成型弹丸战斗部的设计和分析，有助于研究EFP形成过程的研究，对进一步展开聚能装药的理论研究也具有一定的指导作用。     

药型罩结构参数对整体式MEFP成型的影响

为提高整体式多爆炸成型弹丸(MEFP)毁伤能力,采用LS-DYNA仿真软件,模拟了药型罩结构参数对弹丸成型的影响。基于研究结果优化设计了一种整体式装药结构,并对其进行了试验验证。结果表明:药型罩结构参数对弹丸的影响主要体现在弹丸形态上,随着药形罩曲率半径的增加,中心弹丸长径比及周边弹丸长度分别降低了40%和41.2%。周边弹丸形状逐渐由杆形弹向球形弹丸发展。随着壁厚的增加,中心弹丸长径比及周边弹丸长度则分别降低了22.2%和19.7%。周边弹丸拖尾逐渐减小,弹丸飞行稳定性增强。优化得到药型罩曲率半径和壁厚的最优值分别为77~82 mm和2.2~2.6 mm。设计的战斗部可有效穿透15mm厚45#钢靶,与数值模拟结果吻合较好。     

大锥角药型罩聚能装药结构对混凝土介质侵彻研究

采用脉冲X光照相、威力效应实验及数值模拟方法,对两种不同形状的大锥角药型罩聚能装药结构对混凝土的侵彻能力进行了研究,实验测试获得了大锥角截顶药型罩装药结构形成的爆炸成型杆式侵彻体的形状、头尾速度及对混凝土靶的侵彻参量;采用AUTODYN-2D程序对两种结构药型罩聚能装药的成形过程和侵彻过程进行了数值模拟.结果表明,相比于大锥角截顶药型罩,大锥角球缺型药型罩所形成的爆炸成型杆式侵彻体在混凝土靶中形成的孔道更能满足复合侵彻战斗部对一级侵彻的要求.     

带隔板中空装药的EFP成型研究

为了得到适用于带隔板中空装药的爆炸成型弹丸战斗部的药型罩结构,通过数值计算对带隔板中空装药的EFP战斗部成型过程进行模拟,分析了EFP成型过程中药型罩表面微元的轴向速度和径向速度随距罩中心距离的变化曲线,得到了大锥角罩和球缺罩结构情况下EFP的成型规律。分析带隔板中空装药的EFP战斗部采用这2种药型罩结构形成EFP的特点,大锥角罩形成的EFP有良好的尾裙结构但头部形状不佳,球缺罩形成的EFP有良好的头部形状但尾裙结构不佳。弧锥结合罩综合这2种形状药型罩的优点,可以形成具有良好头部形状和尾裙结构的EFP。优化设计了一种弧锥结合罩结构并进行了试验验证,试验结果与数值模拟结果吻合较好。     

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。     

基于分层序列法的EFP战斗部药型罩结构优化与仿真

爆炸成型弹丸战斗部(EFP)的侵彻威力取决于成型弹丸的速度和长径比指标,而这2个指标又由药型罩结构参数直接决定。成型弹丸的长径比和速度指标,对药型罩结构设计的要求一般是矛盾的。为合理规划成型弹丸指标,基于多目标优化的宽容分层序列法原理,对药型罩的结构参数进行了协调和优化设计。根据优化方案进行仿真得到的成型弹丸同时满足了对2个指标的需求,证明在药型罩结构设计中应用宽容分层序列法进行优化设计是有效的。     

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％.     

药型罩锥角对聚能杆式侵彻体影响的数值分析

为研究药型罩锥角对聚能杆式侵彻体的影响,运用AUTODYN 软件建立聚能装药模型,对90?～130?大 锥角药型罩形成的聚能杆式侵彻体进行数值模拟。建立装药结构有限元模型,研究不同锥角药型罩形成的聚能杆式 侵彻体在同一时刻、同一炸高下的成型情况,分析在5 倍装药口径炸高条件下聚能杆式侵彻体对均质靶板的侵彻情 况,得到在装药口径和高度一定的前提条件下,药型罩锥角对聚能杆式侵彻体成型参数的影响规律。研究结果表明： 药性罩锥角在100?～110?时,形成的聚能杆式侵彻体具有较好的连续性、稳定性与侵彻性能,可为聚能杆式侵彻体 战斗部的设计及应用提供参考。     

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%.     

贴隔板法在尾翼EFP成型中的应用研究

采用LS—DYNA对在药型罩上粘附隔板结构形成带尾翼型爆炸成型弹丸（explosively formed projeetile,EFP）进行三维数值模拟,从药型罩微元压跨速度和压力的角度初步探讨了形成尾翼型EFP的机理,对同一直径的大锥角型、球缺型和弧锥结合型药型罩形成的尾翼型EFP进行了对比分析,三种结构药型罩均能形成较为明显的尾翼,其中大锥角型药型罩得到的EFP速度最高。数值计算结果表明,EFP尾翼数与药型罩上所粘贴的隔板数一致,三种不同结构药型罩上粘贴四个隔板,得到的尾翼数均为四个。通过实验,对贴隔板法形成尾翼EFP做了进一步验证,实验结果与数值模拟结果基本一致。     

偏心起爆周向多爆炸成型弹丸战斗部实验研究

为进一步提高周向多爆炸成型弹丸(MEFP)战斗部的毁伤效能,设计一种偏心起爆MEFP战斗部,制备了中心起爆和偏心起爆两种原理样机,并进行了静爆实验。结合数值模拟方法分析了周向球缺型药型罩形成爆炸成型弹丸(EFP)的成型及飞散过程,模拟结果表明,两点偏心起爆模式下,EFP成型后的长径比更大,且更密实;对两种不同起爆模式下MEFP战斗部的静爆实验结果进行对比,偏心起爆模式能够有效提升EFP毁伤元的平均速度、分布密度和侵彻威力。研究结果表明,两点偏心起爆可以有效提高MEFP战斗部的综合毁伤效能,为MEFP战斗部的设计与应用提供了参考。     

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。     

中心起爆式变截面杆战斗部设计技术研究

提高杆式战斗部杀伤力的主要研究内容是提高杆的着靶速度和控制杆的飞行姿态。提出一种新的杆式战斗部——变截面杆战斗部,通过改变杆的形状控制杆的飞行姿态进而提高杆式战斗部的杀伤力。论述变截面杆战斗部设计的基本思路,并采用非线性动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA数值模拟变截面杆战斗部爆轰驱动杆条扩张运动过程,得到了杆的抛撒速度及飞行姿态变化规律。考虑爆炸作用结束后空气阻力对变截面杆飞行姿态的影响,运用计算流体力学（CFD）和基于有限元技术的计算结构力学（CSM）相耦合的方法仿真模拟杆的气动变形,分析结果表明变截面杆气动弹性变形很小,对其飞行姿态影响有限。基于理论研究工作开展了爆轰驱动变截面杆静态抛撒试验,试验达到了预期效果。研究结果表明了变截面杆战斗部结构设计的合理性,为离散杆战斗部的进一步工程设计提供了可靠的理论依据。     

一种离散与预制组合破片战斗部的数值模拟

离散与预制组合破片战斗部的杀伤元为圆弧杆破片与球破片,破片的不同形状和不同参数都影响战斗部的杀伤效果。运用ANSYS／LS-DYNA对该战斗部进行了数值模拟。分析了破片的错位排列和不同形状对战斗部爆炸形成破片的速率及形成破片的空间状态的影响。模拟结果表明：圆弧杆破片的平均速率最大,球破片平均速率最小;由于破片的错位排列及形状的不同使战斗部爆炸在有限的时间内任一时刻破片形成连续的不同半径杀伤环的空间分布,即形成了类似于大碗倒扣在小碗上的“体”杀伤。模拟结果可为战斗部的设计提供有益的参考。     

分布式MEFP战斗部对空中目标毁伤概率仿真研究

为提高对空中目标的拦截与毁伤概率,提出一种基于分布式多爆炸成型弹丸(MEFP)战斗部的拦截方式,并给出计算毁伤概率的工程算法。通过目标构型分析建立目标等效模型,在此基础上建立分布式MEFP战斗部与等效目标的交汇模型,并利用射击线技术,构建分布式MEFP战斗部对空中目标毁伤概率的计算模型。利用蒙特卡洛方法对毁伤概率进行了仿真。结果表明:弹目交汇距离、EFP速度及目标终点速度对毁伤概率具有较大的影响,研究结果为分布式MEFP战斗部威力设计提供了重要参考。     

类椭圆截面战斗部侵彻混凝土弹道特性研究

为研究类椭圆截面战斗部对混凝土靶板的侵彻问题,获得具有更好的侵彻特性的类椭圆截面战斗部,对 类椭圆截面战斗部侵彻混凝土弹道特性进行研究。定义类椭圆截面战斗部的截面特征参数,利用LS-DYNA 软件对 不同特征参数下的类椭圆截面战斗部建立有限元模型,仿真侵彻过程,并通过young 公式确定数值仿真结果。结果 表明：弹丸在侵彻过程中的纵向偏移量随截面特征系数的增大而减小,弹丸总侵彻深度与截面特征系数反向变动。