低附带毁伤战斗部破片上靶率的影响因素分析

通过数值模拟和试验验证的方法对非金属壳体战斗部陶瓷破片上靶率开展研究,主要分析了尼龙材料、ABS、聚乙烯战斗部壳体和陶瓷破片直径为2~6 mm对破片上靶率的影响规律。结果表明:战斗部壳体材料为尼龙时,战斗部陶瓷破片在1~3 m处靶板的上靶率最高;陶瓷球直径在一定范围内时,上靶率随陶瓷球直径的增大而增大,随布靶距离的增大而减小,陶瓷球直径为5 mm时上靶率最高。研究成果可根据技术指标要求,通过匹配陶瓷球尺寸,实现战斗部可控范围内的有效毁伤。

低附带毁伤弹药爆炸威力的理论分析与试验研究

为适应现代反恐作战的需求,提出了一种新型低附带毁伤弹药,根据爆炸力学相关理论建立了杀伤元抛撒速度与复合材料外壳、装药三者之间的关系模型。通过静爆试验,利用压力传感器测试出3种不同装药爆炸后的超压曲线。结果表明,从压力曲线来看复合材料外壳装药与纯炸药、发泡塑料外壳装药爆炸产生的冲击波超压曲线不同,正压作用时间长。最后得出,与传统杀爆弹相比低附带毁伤弹的杀伤区域较小,而在较小的杀伤区域内杀伤效应更强。

炸药配比对陶瓷低附带毁伤战斗部能量输出的影响

将炸药与陶瓷球混合构成新型复合装药,为了研究战斗部在不同炸药配比度条件下的杀伤效果和能量输出规律;对四种不同炸药比重的混合装药结构进行了试验和数值模拟,对比结果发现,数值模拟数据和试验数据比较吻合,战斗部能量输出与装药配比度呈非线性递增关系,根据试验数据拟合了初速和装药配比度关系曲线,在文中的装药结构中,炸药陶瓷质量比应不大于1.2。

美国研制低附带毁伤DIME弹药

美国首先提出发展低附带毁伤弹药技术。DIME是美国研制的一种名为"高密度惰性金属"的弹药,可产生一个相对小但却有效的爆炸波半径,具有低附带毁伤的特点。从研发动因着手,从杀伤机理、毒性/致癌效应等方面对DIME进行了介绍,最后给出了其研发现状。

基于陶瓷微粒的低附带毁伤战斗部作用方式研究

针对城区作战的需求,提出了基于陶瓷微粒装药的新型低附带毁伤战斗部,为了研究不同装药结构下的能量输出方式,运用LS-DYNA软件进行了数值分析,发现破片在混合装药结构下的加速过程很短,模拟对比了2 mm直径的陶瓷和钢2种破片,结果显示陶瓷破片虽然质量较小,但在起爆后拥有比钢破片更高的初速,并且速度衰减也较快,因此陶瓷破片在近距离杀伤威力更大,而远距离几乎没有杀伤作用,适合作为低附带毁伤弹药的杀伤元。

低附带毁伤弹药概况及其对人体杀伤特点

低附带毁伤弹药(LCDA)是一款新型弹药,特别之处在于用非金属弹壳代替传统金属弹壳,用高密度惰性金属炸药(DIME)代替传统单质高能炸药,因而其破片的杀伤距离和杀伤动能都小于传统的金属弹片,DIME具有近场冲击波超压高和金属颗粒杀伤距离近的特点。虽然LCDA的杀伤威力和范围小,但仍导致近爆心处人员伤亡。需要特别指出的是,非金属破片难以被X线发现,重金属颗粒团可造成蜂窝状损伤,手术摘取非常困难。

非金属壳体低附带战斗部实验与破片飞散分析

为了研究低附带战斗部的非金属破片飞散特性,结合某低附带杀伤战斗部静爆威力实验,对战斗部爆炸产生的非金属破片初速以及速度衰减情况进行了分析。基于能量守恒得到了包含壳体结构和材料强度因素的破片初速公式;基于破片在空气中飞行运动情况的分析,通过对球形破片阻力公式和等效面积进行修正,得到了非金属自然破片的速度衰减规律。所得结果较好地解释了战斗部静爆实验中的破片终点效应情况,亦可为该类战斗部破片毁伤效应评估提供一种分析方法。

亚毫米颗粒侵彻肥皂靶标的空腔特征与致伤阈值

肥皂靶标广泛应用于创伤弹道领域,作为生物目标等效靶,以观察伤口通道的破坏特征评估弹药的潜在伤害,但目前尚缺乏低附带毁伤弹药的亚毫米颗粒毁伤元对生物目标的损伤标准。采用量纲分析方法确定侵彻空腔的成形特征,根据颗粒驱动试验获得肥皂靶标的实际创伤弹道表现,并结合数值模拟分析亚毫米颗粒的侵彻空腔演化规律,建立亚毫米颗粒对肥皂靶标的临界损伤条件。研究结果表明:亚毫米颗粒侵彻肥皂靶标产生以入口直径和空腔深度来表现的圆锥状空腔,不同密度、粒度和速度的亚毫米颗粒侵彻肥皂靶标产生的空腔存在明显差异,空腔特征与比动能相关;随着颗粒材料密度、粒度和速度的增加,侵彻肥皂靶标产生的空腔容积随之增加,颗粒粒径越大,对肥皂靶标的侵彻深度越深,入口直径扩展至颗粒粒径的2.0~2.5倍;参考常规破片杀伤标准,等效计算不同粒径亚毫米颗粒对肥皂靶标的致伤及不同侵彻深度的能量密度阈值,发现亚毫米颗粒侵彻的能量密度需要超过0.83 J/cm^(2)才能对肥皂靶标造成损伤。数值模拟、试验测试和理论分析结果吻合较好,影响规律具有一致性,研究结果可为低附带毁伤战斗部设计及效应评估提供理论参考。

聚醚醚酮壳体战斗部爆破威力试验

为了验证聚醚醚酮(polyether ether ketone,PEEK)作为低附带毁伤战斗部壳体材料的可行性,设计了等厚度聚醚醚酮壳体和2A12铝制壳体作为爆破战斗部外壳。通过静爆威力对比试验,并结合峰值超压测试及高速摄影技术,对超压、比冲量及破片情况进行综合分析。试验结果表明,相同壳体厚度的聚醚醚酮壳体战斗部较2A12铝壳体战斗部质量减轻了一半以上,对人员超压毁伤半径几乎一致,聚醚醚酮壳体战斗部爆轰能量更多转化为冲击波能,且随着比例距离增加,比冲量高于2A12铝;聚醚醚酮壳体在爆炸载荷作用下破碎形成小破片,试验后仅回收到一枚边缘烧蚀的破片。可认为破片飞散时在爆轰产物高温高压作用下全部燃烧,聚醚醚酮壳体不产生杀伤破片,破片附带损伤小。战斗部壳体可采用聚醚醚酮材料,有效控制毁伤范围,满足城市作战中低附带毁伤效果需求。

十字形内置破片定向战斗部破片的飞散特性

针对低附带弹药毁伤需求,设计了一种十字形内置破片定向战斗部,根据目标方位可选择不同起爆模式,进而控制破片的径向飞散特性,在目标区域内形成杀伤破片实现定向毁伤,在非目标区域内实现低附带毁伤。采用数值模拟研究了相邻2点起爆、相邻3点起爆两种模式下定向战斗部起爆时破片的驱动过程,给出了各个位置处破片的飞散速度、径向飞散角度等特征参数;制备了2发单元样弹并开展了地面静爆实验,通过高速摄影及靶板上破片的穿孔分布特征实测出破片的速度及径向飞散角,与数值模拟结果对比,验证了模拟的准确性。在此基础上,通过引入能量分配角建立了破片速度的修正公式,并根据模拟结果对公式参数进行了拟合分析。结果表明:相邻2点起爆、相邻3点起爆模式下,战斗部定向杀伤区破片径向飞散角分别控制在145°、65°以内,且该区域内的破片占破片总数的比例分别达到了50.4%、43%;同时,破片速度呈现梯次分布,介于535~770 m/s之间,对1.5 mm厚的Q235A钢板的穿甲率分别达到了94.4%、84.6%,可实现对轻型车辆类目标的毁伤,其余区域则为低附带安全区;基于能量分配模型求得的破片速度理论计算值与模拟值基本吻合。研究结果可为低附带杀伤战斗部研制提供新的设计思路。

近距空中支援作战对武器弹药的需求研究

近距空中支援作战在现代战争中的地位日益凸显,是各军种联合作战的基本战术。武器弹药是近距空中支援作战实施毁伤目标的核心环节。近距空中支援的实施对改变地面作战的战场态势具有重要作用。针对历次战争的作战效果及经验教训,分析了近距空中支援作战对武器弹药的应用情况,针对现代近距空中支援作战的需求,描述了武器弹药精确制导、低附带毁伤、智能协同打击的发展趋势,总结了武器弹药对近距空中支援作战的作用,为未来近距空中支援作战对武器弹药的选择提供了依据。

碳纤维壳体壁厚对陶瓷球初速及性能的影响

为控制低附带毁伤战斗部中杀伤元的杀伤范围及杀伤威力,研究战斗部壳体厚度对初速及性能的影响。将炸药与陶瓷球混合构成新型复合装药结构,采用LS-DYNA软件对不同壁厚的战斗部进行数值模拟,从中筛选出壁厚为2、4、6 mm的壳体,进行静爆试验。对比分析得出,仿真与试验结果规律吻合较好,陶瓷球的初速与壳体厚度线性相关。相同装药结构中,随着壳体厚度的变化,爆轰瞬间,陶瓷球的初速、强度、毁伤效能等均有相应变化。可适当调节壳体壁厚来控制陶瓷球的初速。

亚毫米级金属微粒的爆炸驱动:模型与数值计算

为准确描述重金属粉末嵌层碳纤维复合材料(CFRP)壳体静爆下对人员目标的毁伤效应,验证其低附带毁伤特性,着重分析重金属颗粒群、爆轰产物、冲击波前沿三者间的时程关系及相互耦合作用下的终点毁伤效应。结合理论分析和试验研究,获得了重金属粉末嵌层CFRP壳体战斗部等效简化结构模型。在Visual C++语言基础上,采用二维数值模拟程序和Tecplot后处理软件,分析爆轰驱动过程中不同装药条件对粒子、爆轰产物和冲击波前沿时程关系的影响规律。结果表明,颗粒追赶距离随密度增加而增加,随着颗粒质量分数增加,粒子追赶冲击波和爆轰产物的距离增大。