Modeling and Experimental Investigation of Propulsion Device of the Following KE Penetrator of Tandem Warheads

A propulsion device of following kinetic energy （KE） penetrator of tandem warheads due to shear ring mode is designed. An interior ballistics model is set up with the hypothesis of instantaneous shearing action. The influence of different factors on the interior ballistic characteristics of propulsion device is discussed. The relations between the initial velocity of the following KE penetrator and chamber pressure with time and travel are obtained. The theoretical model is verified through experimental results and can be used as a reference for tandem warheads design.

串联战斗部级间隔爆结构的研究现状和发展趋势

串联战斗部作为反爆炸反应装甲的一个重要手段,已成为国内外兵器研究的热点。串联战斗部工作时,前级装药爆炸势必对后级装药产生影响。为削弱前级装药爆炸产生的爆轰波与碎片对后级装药的影响,需要在前后级装药之间设置隔爆结构。良好的隔爆结构对串联战斗部前后级稳定工作,提升战斗部性能有重要意义。综述了近年来串联战斗部级间隔爆体的研究进展,包括结构布局、材料选型与优化设计方法等方面,并结合目前隔爆体发展状况对隔爆体未来发展趋势进行展望,以期对串联战斗部隔爆体的设计和改进有所启示。

某串联战斗部级间隔爆体结构的优化设计

为实现串联战斗部级间隔爆体结构减重,利用有限元分析软件LS-DYNA建立了某型前级战斗部与隔爆体的数值仿真模型,采用正交试验的方法,研究级间锥形隔爆体前锥角,倒角与前后锥角差值对隔爆体质量的影响规律。结果表明:隔爆体的前锥角对隔爆体质量影响显著,前后锥角差次之,倒角影响较弱。利用正交优化方法,设计三因素四水平的正交优化方案,结果表明当,r=9.9 mm,时,隔爆体的质量最低为485.40 g。研究成果可为串联战斗部隔爆体的结构设计和优化提供指导。

串联随进战斗部侵彻混凝土靶实验研究

设计了一种小尺寸串联随进战斗部,利用100 mm滑膛炮进行了不同弹速和不同着角下该战斗部侵彻混凝土靶实验。实验结果表明,前级聚能装药战斗部为二级随进战斗部的随进侵彻开辟了有利通道,串联战斗部的侵彻效果理想;尤其在小着角情况下侵彻,串联随进战斗部的侵彻效率大大提高。

串联战斗部前级聚能装药和隔爆结构设计与实验研究

前级聚能装药侵彻技术和两级隔爆技术在串联战斗部的设计研究中占有重要地位。从理论分析、实验研究的手段出发，分析了前级装药的结构设计及前级装药爆炸对后级的影响，设计了两种药型罩结构的聚能装药侵彻混凝土靶实验，以及以多孔铝为隔爆体的隔爆防护实验。实验结果表明，设计的前级装药在混凝土靶上侵彻出了深度为8．2倍、孔径为0．4～0．6倍装药口径的孔洞；所采用的多孔铝隔爆结构有效地防护了二级弹体的破坏。实验效果比较理想。

串联攻坚战斗部前级爆轰场对随进弹随进影响分析

采用三维数值模拟方法研究了串联战斗部中随进弹轴线与全弹弹轴不重合时,前级爆轰场对随进弹随进速度、姿态和弹体结构的影响结果。研究了具有不同初始速度的随进弹受前级装药爆炸冲击产生的后抛、运动方向侧偏、弹体姿态翻转和力学响应等变化规律。认为随进弹具有初速时随进弹受前级爆炸冲击产生的弹道侧偏和姿态翻转效果能够大幅度减小,但对弹体后抛和结构响应等其它方面的影响不明显。本文研究结果可以为相关串联弹药的设计提供参考。

串联随进战斗部斜侵彻装甲钢板试验研究

为研究串联随进战斗部斜侵彻钢板的作用过程,合理设计串联随进战斗部结构,分析了斜侵彻的影响因素,设计了串联随进战斗部和试验方法,开展了串联随进战斗部在20°着靶角条件下斜侵彻50 mm厚装甲钢板的试验研究.研究结果表明,通过合理设计前级装药结构、隔爆和泄爆机构,增加随进子弹的结构强度,可以扩大串联战斗部有效作用的速度范围,改进后的战斗部可以在20°着靶角条件下且着靶速度为220～300 m/s的范围内,有效作用于50 mm厚装甲钢板.

爆炸反应装甲运动规律的数值仿真及研究

本文采用LagrangeAutodyn 2D程序 ,计算仿真实际尺寸的一代爆炸反应装甲盒 (REA)在起爆后各飞板的运动规律以及相互作用的特点。仿真和实验结果表明上下飞板和面板的速度相一致 ,上飞板与面板碰撞后将断裂 ,在上飞板和下飞板之间有一空间可使主级装药射流无干扰通过 ,串联战斗部具有较小的延时时间 ,最佳的着靶姿态和较小的干扰因素。

串联攻坚战斗部前级爆轰场对后级影响分析

为了研究串联战斗部前级爆轰场作用下,后级随进子弹炸药安全性及其速度降的大小,建立了一维冲击波传播理论分析模型,由图解法得到了后级装药的初始压力。通过与炸药引爆阈值压力比较,判断了后级装药的安全性。根据动量守恒,得到了后级子弹的速度降表达式。进行了串联装药的数值计算,得到一定隔板厚度情况下后级装药受到的冲击压力和后级子弹速度降,计算得到的后级子弹变形情况与试验结果相吻合。

破爆型串联战斗部第一级爆炸对第二级影响的研究

研究了破爆型随进串联战斗部第一级装药爆作后对第二级弹体的影响。用中低压型50Ω锰铜计测量二级弹体上的压力历史，提出了数值计算模型，采用多流体网格方法，对爆轰产物用可变指数的多方气体状态方程，得到了第一级装药爆炸后在第二级弹体上形成的超压和冲量。数值计算结果与物理实验符合较好。

反钢筋混凝土串联聚能装药技术研究

根据钢筋混凝土目标的特点,提出了一种高速杆流与低速杆流相结合的新型串联聚能装药结构。利用有限元软件分别对前级装药、后级装药的成型过程进行了数值仿真。在此基础上开展了系列串联聚能装药毁伤钢筋混凝土目标的静破甲实验。结果表明:该串联装药可有效提高对钢筋混凝土目标的毁伤能力,能起到对钢筋混凝土的扩孔作用。实验和数值仿真计算结果都表明该串联装药在对付钢筋混凝土、机场跑道、多层间隔靶等反硬目标串联型战斗部中有较好的应用前景。

同口径破—破型串联装药战斗部的试验研究

设计了一种第一级能够形成环形射流的 W型聚能装药 ,第二级采用大锥角聚能装药的串联战斗部 ,并且通过试验研究了该种战斗部对靶板的毁伤效果。结果表明 ,此战斗部的设计是合理的 ,可行的 。

串联装药战斗部的主装药起爆延时计算模型

建立了对付反应装甲的串联聚能装药战斗部的主装药起爆延时计算模型，其中一个用于配备近炸引信串联战斗部，另一个用于配备触发引信的串联战斗部。计算结果与实际的模拟动破甲试验结果相符合。

EFP侵彻爆炸反应装甲过程研究

为了提高串联战斗部侵彻爆炸反应装甲的能力,消除爆炸反应装甲对主射流的影响,对串联战斗部前级爆炸成型弹丸(EFP)侵彻爆炸反应装甲进行了数值模拟和试验研究。建立了前级EFP装药从起爆、成型到侵彻爆炸反应装甲全过程的有限元模型,采用二维轴对称拉格朗日算法计算得到了EFP侵彻爆炸反应装甲各板的速度、直(孔)径和PBX9504炸药板内的冲击压力,得出了EFP对爆炸反应装甲穿而不爆的结论。通过EFP实弹侵彻爆炸反应装甲实验,证实了串联战斗部前级EFP对爆炸反应装甲穿而不爆的过程。

串联战斗部前级环形切割器的设计与试验

为验证在现有导弹战斗部前端加装环形聚能装药的可行性,采用数值模拟对环形切割器进行优化设计,通过靶场切割试验对毁伤效果进行初步检验。结果表明,优化设计的环形切割器对厚靶板切割效果显著;环形切割器在30°攻角下对40 mm靶板具有很强的切割效果。该结论为新型串联战斗部的设计提供了参考。

破爆型串联战斗部前级对后级影响数值模拟

利用有限元软件对破爆型串联战斗部第一级装药爆轰对第二级随进子弹影响结果进行了数值模拟。分别计算了在不同后级子弹速度、不同前后级距离条件下的影响结果。获取了前级爆轰产物对后级子弹速度的影响结果以及前级爆轰产物作用于随进子弹及装药上的超压。该计算结果为破爆型串联战斗部结构设计有较大的参考价值。

串联侵彻战斗部前级装药设计及试验研究

为了提高前级聚能装药对钢筋混凝土目标的侵彻威力,增加预损伤的穿孔孔径大小和深度,满足后级弹丸侵入目标内部爆炸的需求,提出了3种前级装药杆式聚能侵彻体设计方案。采用三维程序ANSYS/LS-DYNA3D计算了3种药型罩形状、铜和铝两种罩材料、装药不同起爆方式等条件变化对前级聚能侵彻体形成的影响,选出了变壁厚球缺罩和K型药型罩的聚能装药结构,开展了不同侵彻体对钢筋混凝土靶破孔试验,得出铜、铝不同罩结构杆式聚能侵彻体对钢筋混凝土目标穿孔及破坏效应规律,所得到的杆式聚能装药结构可满足串联侵彻战斗部对前级装药穿孔能力的要求。

串联装药中隔板材料对后级装药影响的研究

为研究破-破型串联战斗部中不同材料隔板对后级装药的影响,采用三维数值模拟的方法,研究3种不同材料隔板对后级爆炸成型弹丸(简称EFP)速度及成型的影响。结果表明,在隔板相同厚度的情况下聚氨酯隔板的影响最小,酚醛树脂次之,泡沫铝最大。

串联战斗部前级的环形切割器优化设计

为提高导弹的毁伤能力,拟在战斗部前端加装环形切割器。通过数值模拟对环形切割器进行了优化设计,通过靶场试验对环形切割器的毁伤效果进行了检验。结果表明,优化设计的环形切割器对80mm厚靶板切割效果显著,环形切割器在30°攻角下对40mm靶板具有很强的切割效果。研究结论为新型串联战斗部的设计提供了参考。

有限元方法在串联引信结构强度计算中的应用

针对串联引信后级在前级战斗部爆轰条件下的结构响应无法通过常规方法计算的问题,提出应用有限元方法进行后级引信结构强度的计算和校核。该方法利用LS-DYNA软件计算前级爆轰冲击条件下后级引信本体及元器件、零部件的过载、应力、应变三个物理量,并利用这些物理量分析和校核引信结构强度。仿真计算和外场试验结果表明:有限元方法的应用解决了爆轰条件下串联引信后级结构强度的计算和评估问题,仿真模型具有较好的拟真度。