K装药杆式射流形成及侵彻研究

针对K装药结构,基于改进的射流成型理论,建立了 K 装药射流形成与侵彻理论模型,并通过 Mathematica软件编程计算射流成型过程。结果表明：相对于传统锥形罩装药,同样药型罩结构的 K 装药形成射流的头部速度提高了31.02%,质量堆积点降低了23.8%,射流长度增加了30.5%。优化设计适用于 K 装药的偏心亚半球型药型罩,形成了速度较高、质量比大、质量堆积点降低且更易拉长的杆式射流,并进行了静爆试验验证,理论计算与试验的侵彻深度结果误差为5.8%。     

F装药双层药型罩射流性能的数值研究

为了研究F装药双层药型罩射流的形成过程,应用LS-DYNA软件对F装药条件下的双层药型罩射流进行了数值模拟,探讨了不同外罩材料和不同内外罩间距对双层药型罩射流特性参数的影响。结果表明:F装药条件下,双层罩外罩材料及罩间距对射流的特性有不同程度的影响,合理调整外罩材料与罩间距有助于改善射流性能。     

铜基非晶合金双层药型罩射流形成及侵彻性能

为了研究Cu基非晶合金Cu₄₅Zr₄₃Al₄Ag₈双层聚能药型罩的射流成型和侵彻能力,以等壁厚的单层铜药型罩和Cu-BMGs药型罩作为对比,分别选用铝、钛、聚乙烯和PTFE/Al材料作为外罩,Cu基非晶合金作为内罩,利用AUTODYN软件建立二维有限元模型,模拟了Cu基非晶合金双层聚能药型罩的射流成型、拉伸及侵彻过程,对比分析了各组药型罩射流的成型特点、稳定性和侵彻性能。通过仿真得到4种双层聚能药型罩射流成型后射流头部速度介于Cu-BMGs药型罩和铜药型罩之间,其中聚乙烯为外罩时,射流头部速度最高,侵彻深度最大,但射流稳定性最差;铝为外罩时,射流长度最长,射流稳定性最好;PTFE/Al为外罩时,开孔直径最大,但侵彻深度最小,与Cu-BMGs药型罩的相当。铝、钛、聚乙烯和PTFE/Al为外罩时,Cu基非晶合金双层药型罩的射流对纯铁靶侵彻深度分别为104、103、111、91.5 mm,开孔直径分别为12.5、20、18.8、45 mm,综合考虑侵彻深度和侵彻孔径,聚乙烯、PTFE/Al作为外罩时,Cu基非晶合金双层聚能药型罩的侵彻性能优于铝、钛作为外罩时的侵彻性能。     

多模毁伤元成型及侵彻的数值模拟研究

为实现"一弹多用"的战术目的,提出一种多模战斗部.战斗部外层采用高爆速炸药、内层采用低爆速炸药的复合聚能装药结构,通过改变起爆点的位置,改变作用于药型罩的爆轰波形状,并利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件研究内、外药型罩罩顶壁厚匹配对PELE/EFP多模毁伤元成型及侵彻性能的影响规律.结果表明:带隔板聚能装药结构可有效实现PELE/EFP多模毁伤元的转换,当外层药型罩罩顶壁厚为0.037CD时,多模毁伤元成型及侵彻效果最优.     

不同材料双层药型罩EFP成型及侵彻性能数值模拟

为了研究内外罩材料对串联EFP的成型及侵彻性能的影响,文中设计了5种不同材料组合的双层药型罩,运用ANSYS/LS-DYNA仿真软件模拟了各组不同材料双层药型罩EFP的成型形态,并与X光试验对照,验证了数值模拟结果的准确性。从数值模拟结果中择优成型性能较好的串联EFP进行静态侵彻试验,从试验结果来看,铝-纯铁组侵彻体开坑直径和入口口径较大,且已击穿钢筋混凝土靶体,表现出了较好的侵彻性能。     

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%.     

PTFE基含能药型罩射流释能特性及影响因素

为了研究聚四氟乙烯(PTFE)基含能药型罩的动态释能特性及其形成的射流对目标的侵爆毁伤效果,采用静爆试验测量了含能射流与铝射流在准密闭容器中的动态超压,并通过理论计算得到射流释能及释能效率.分析认为,含能射流在成型过程中会发生爆燃反应,相比于铝射流,含能射流超压峰值可提升3～4倍.对于30 g含能药形罩,钨(W)含量为0％～70％时,随着W含量提高,射流释能降低,但药型罩承受爆炸驱动载荷提高,且钨颗粒与活性金属摩擦加剧,射流释能效率提高.对于PTFE/Ti药形罩,在13～30 g范围内,随着药型罩质量增加,射流释能量提高,但侵彻体成型压力降低,射流释能效率下降.     

活性药型罩聚能装药侵彻爆燃试验及耦合作用机理分析

为研究氟聚物基活性药型罩聚能装药对钢靶的侵彻爆燃行为及耦合作用机理,开展配方为质量分数73.5%聚四氟乙烯(PTFE)/26.5%Al活性药型罩聚能装药作用钢靶静爆实验,获得炸高对侵彻深度、侵彻孔径、钢靶爆裂行为影响特性。实验结果表明,活性药型罩聚能装药炸高在0.35～1.00倍装药直径范围内,对钢靶侵爆耦合毁伤效应最为显著。结合准定常理想不可压缩流体力学理论,引入活性射流反应延迟时间,给出活性射流侵彻深度与反应延迟时间函数关系,建立活性射流侵孔内有效质量模型;基于修正的伯努利方程,结合活性射流内爆特性,发展活性射流侵孔孔径理论模型;结合圆筒破坏理论提出活性射流侵爆耦合作用下钢靶爆裂行为判断方法。理论模型定量化描述了活性射流对钢靶的侵爆行为,揭示了破甲终止后活性射流内爆超压导致的扩孔与钢靶爆裂机理。     

椭圆形截面聚能装药射流成型及侵彻特性

为研究椭圆形截面聚能装药射流成型及侵彻特性,以及截面短轴一定时,长短轴之比对椭圆形截面聚能装药射流成型及侵彻特性的影响,开展了截面短轴直径为56 mm,长短轴之比分别为1、1.5、2的椭圆形截面聚能装药在炸高为80 mm下的侵彻深度(DOP)试验,利用ANSYS/LS?DYNA有限元软件对相关椭圆形截面聚能装药的射流成型及靶板侵彻过程进行了数值模拟。结果表明:椭圆形截面聚能装药形成的射流,除射流头部在运动拉伸过程中持续呈凝聚态外,其余部分在运动拉伸后期呈非凝聚态,非凝聚的射流由关于截面长轴面对称分布的两束具有横向速度的流体组成;射流的非凝聚现象将明显降低射流的侵彻能力;截面短轴直径为56 mm,长短轴之比从1变化至1.5时,侵彻深度由150 mm下降至47.5 mm,下降了68.3%,长短轴之比大于1.5时,侵彻能力无明显变化。     

不同Al粒径的PTFE/Al活性射流作用双层间隔靶的实验研究

为了获得采用不同铝(Al)粒径制备而成的聚四氟乙烯/铝(PTFE/Al)活性药型罩作用双层间隔靶的毁伤威力特性,采用模压烧结成型法制备了5种不同Al粒径(10,30,70,200μm,50/70μm)的PTFE/Al活性药型罩,并开展了相应的静爆威力实验.研究结果表明:随着Al粒径从10μm增加到200μm时,活性射流对钢靶和铝靶的破孔面积、等效破裂孔直径、破孔隆起高度以及形成的破坏区域体积均呈现减小趋势,当Al粒径为10μm时破坏钢靶的毁伤参量为SSteel=0.4 CD(装药直径)、hAl=0.48 CD、VSteel=420 cm3,破坏铝靶的毁伤参量为SAl=3.8 CD、hAl=1.72 CD、VAl=2280 cm3.采用50 nm/70μm级配Al粒径的PTFE/Al活性射流对钢靶的穿孔效果显著提高,等效破裂孔直径dSteel=0.59 CD.结合实验相关数据拟合得到了活性射流对后效铝靶的爆裂毁伤效应分析模型.     

大锥角聚能装药射流形成及对钢靶侵彻的数值模拟

为了研究大锥角聚能装药射流形成和对钢靶侵彻过程中的一些特性,采用AUTODYN软件,对锥角聚能装药射流形成及侵彻钢靶过程进行了数值模拟。模拟结果表明:大锥角聚能射流是药型罩在爆轰波的作用下向后反转形成的漏斗型密实射流,其在飞行过程中,速度基本保持不变,而在侵彻钢靶时,侵彻速度和动能都迅速下降,直到再也不能侵彻钢靶为止。将数值模拟结果与实验结果进行了对比分析表明:数值模拟结果与实验结果相一致。     

等腰梯形截面聚能装药射流成型及侵彻特性

为研究等腰梯形截面聚能装药射流成型及对靶板的毁伤特性,开展脉冲X光摄影试验以及侵彻深度试验.利用ANSYS/LSDYNA有限元软件对射流成型过程进行数值模拟,研究其余参数不变,装药截面内切圆尺寸变化对射流成型特性的影响.结果表明:等腰梯形截面聚能装药形成的射流具有横向速度,横向速度呈梯度分布;除射流头部外,其余部分在拉...     

单锥罩成型装药环起爆对侵彻体形成的影响研究

采用LS-DYNA数值仿真软件,研究了单锥罩成型装药在典型的正向和逆向环起爆下,药型罩锥角、壁厚、壁厚差等结构参数对侵彻体形成的影响。仿真结果表明：当锥角小于120°时,逆向和正向环起爆均可获得高速金属射流;锥角大于135°时,正向起爆可形成杆式射流。仿真结果与试验结果吻合较好。     

活性药型罩聚能装药破甲后效超压特性

采用实验研究和理论分析相结合的方法,对活性药型罩聚能装药破甲后效超压特性进行了研究。通过地面静爆实验,测试了活性药型罩聚能装药穿透不同厚度靶板后的内爆超压特性。结果表明,在给定活性药型罩聚能装药结构的条件下,内爆超压随穿靶厚度基本呈抛物线衰减规律。进一步结合准定常理想不可压缩流体力学理论,引入活性材料能量释放激活延时参数,建立了破甲后效超压半经验分析模型。利用该模型预测的活性射流破甲后效超压与实验测试结果吻合较好。分析了活性材料能量释放激活延时对破甲后效超压的影响特性。     

侵彻过程冲击载荷对装药损伤实验研究

针对高速钻地弹侵彻过程的装药损伤所引起的炸药不安全问题,采用装药缩比弹侵彻试验后回收内装药样品的方法,观测分析某新型炸药装药侵彻后的外观和密度变化,并通过损伤样品的冲击起爆隔板试验,测试其临界隔板厚度变化,进一步研究侵彻过程冲击载荷对装药损伤的影响.试验结果表明,弹体不同位置的装药损伤程度不同,其中弹体头部和尾部装药损伤明显,中部装药损伤相对较轻;且装药损伤程度随侵彻速度增大而增大,冲击起爆感度提高也越趋明显.     

活性射流作用混凝土靶侵彻与爆炸效应研究

为分析活性药型罩配方、炸高对混凝土靶毁伤威力影响规律,开展了活性射流作用混凝土靶侵彻与爆炸联合毁伤效应研究。采用实验和数值模拟相结合的方法,对活性射流作用混凝土靶的典型毁伤模式进行探究,给出了配方与炸高对毁伤效应的影响特性。实验结果表明：活性射流作用下,混凝土靶呈现为显著的锥形爆坑和裂纹毁伤效应;气体产物量较高配方的活性射流对混凝土靶产生更强的毁伤效应;在1倍装药直径炸高下,炸坑直径可达10倍装药直径以上。基于有限元分析软件AUTODYN-3D平台开展了活性射流对混凝土靶侵彻与爆炸行为的数值模拟,揭示了炸高对毁伤效应的影响机理：随着炸高的增大,进入侵坑内部的活性材料随之减少,活性射流对混凝土的侵彻深度呈现先增大、后减小的趋势;当炸高为1倍装药直径时,活性射流动能侵彻与爆炸反应延迟匹配较好,侵彻与爆炸联合毁伤威力较强。数值模拟结果与实验结果吻合较好。     

带隔板装药的杆式射流成型试验及侵彻特性分析

带隔板偏心的亚半球罩装药可形成杆式射流,为研究其成型及侵彻特性,以等质量原则设计了3种偏心的亚半球药型罩,开展杆式射流成型的X光试验及静破甲试验,对比不同变壁厚方式偏心亚半球罩杆式射流的成型形态及侵彻能力,找出了形成最佳杆式射流的药型罩变壁厚。研究结果表明,罩顶和罩口厚、中间薄形状形成杆式射流的杵体小,成型效果最佳,侵彻能力强,孔径均匀。通过理论研究杆式射流的成型参数,获得了杆式射流的速度和质量分布,罩顶和罩口部厚、中间薄形状药型罩形成杆式射流的质量较传统单锥罩提高22%,头部速度提高10%.