电磁驱动高速弹丸成型模式与影响因素

为了研究电磁驱动药型罩形成高速成型弹丸的可行性及弹丸成型特性,基于CQ-7脉冲功率装置,开展了电磁驱动线性药型罩形成弹丸技术实验。结合激光多普勒测速技术,实现了电磁驱动药型罩形成弹丸的速度测量和侵彻铝靶验证。同时,基于流体动力学软件和相应电磁仿真模块,建立了电磁驱动弹丸成型的物理模型和数值模拟方法,模拟了弹丸成型和侵彻铝靶的动力学过程,利用实验结果验证了数值模拟方法的可靠性。在此基础上,研究了等壁厚球缺型药型罩的结构参数以及加载能量对弹丸成型参数的影响规律。结果表明:外曲率半径对弹丸的头部速度影响较小,而头部速度会随壁厚的减小和加载能量的增大显著增加;弹丸的长径比随外曲率半径和壁厚的减小、加载能量的增大呈逐渐增加的趋势。最后,利用数值模拟方法预测并验证了利用电磁驱动技术获得高速度和大质量成型弹丸的可行性。

球缺型EFP战斗部结构优化设计研究

该文采用正交优化设计方法,利用数值模拟手段,对球缺型EFP战斗部优化设计进行研究。分析了战斗部结构参数对EFP成型性能的影响规律,优化得到了口径为Φ65 mm的变壁厚球缺型EFP装药结构方案。该装药形成的EFP速度约为2.5 km/s、长径比约为3.15,对应方案的EFP外形及速度的X光试验结果与仿真计算结果吻合较好。

变壁厚球缺罩爆炸成型弹丸成型性能的数值模拟

为了研究变壁厚球缺罩EFP的成型规律,通过对不同罩壁厚梯度、罩壁厚和装药长度条件下EFP成型的数值模拟,得到了药型罩顶口壁厚差ξ/δ、罩顶厚δ/Dk和装药长径比N等无量纲参数与EFP密实度M、长径比L/D、速度v和动能E性能之间的关系。对优化的EFP(explosively formed penenator)进行了X光试验,弹丸速度和形状的仿真计算与试验结果较为吻合。

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%.

高速杆式弹丸三维数值模拟

应用LS-DYNA动力学分析软件对变球缺型罩装药结构下高速杆式弹丸的形成过程进行数值模拟研究,揭示了其成型机理,并研究了中心点起爆、四点同时起爆和环形起爆等三种起爆方式对高速杆式侵彻体的成型和性能参数的影响,得到了弹体的速度分布。数值计算结果显示:变球缺型罩装药结构能形成速度高、长径比大、质量分布合理的高速杆式侵彻体,其成型机理兼有聚能射流和翻转型爆炸成型弹丸的特点,即上半部罩微元直接向轴线压合,下半部罩微元向轴线压合时逐渐向后翻转变形。不同起爆方式下所形成的高速杆式弹丸的形状和性能参数有所不同,其中环形起爆所形成的弹体性能参数最优。实验结果所反映的起爆方式的影响规律与数值计算结果是一致的。

一种新型防空MEFP的设计与仿真

为提高MEFP对战机、导弹等空中目标的毁伤效能,综合锥形药型罩形成的球状弹丸和球缺形药型罩形成的杆状弹丸的优势,设计了一种复合型MEFP战斗部,仿真并分析了该型MEFP中各成型弹丸的形状、初速及对钢靶的毁伤效果。仿真结果表明,该复合型MEFP可以同时产生不同速度、不同形状的侵彻弹丸,从而增强了MEFP对空中目标的综合毁伤效能。

变壁厚球缺罩杆式射流的形成与侵彻性能研究

为了研究不同结构对变壁厚球缺罩形成杆式射流的影响,设计了等壁厚、中间厚边缘薄、中间薄边缘厚3种等质量球缺罩方案。利用LS-DYNA软件对杆式射流的形成与侵彻进行了数值模拟,并进行了大炸高下的侵彻试验。研究结果表明:结构不同导致形成杆式射流的方式不同,并对射流的形态与速度分布有显著影响;中间厚边缘薄球缺罩形成的杆式射流侵彻深度最大,等壁厚球缺罩次之,中间薄边缘厚球缺罩最差。

穿孔球缺罩形成杆式射流数值模拟研究

利用有限元软件对边缘有孔和无孔球缺罩的杆式射流形成过程进行了数值模拟。分析了球缺罩形成杆式射流的成型过程,并对有孔和无孔两种球缺罩的成型过程进行了对比,发现有孔罩所形成射流速度偏低、侧向速度不为零,并对此进行了分析讨论获取了孔洞对形成杆式射流的影响方式及其影响规律。最后对模拟结果进行了实验验证。证实该仿真和真实情况具有很好的一致性。

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。

起爆直径对杆式射流成型与侵彻的数值模拟

为探索射流成型机理,针对某等壁厚球缺型药型罩结构,开展了不同起爆直径下杆式射流成型和侵彻混凝土靶的数值模拟研究;结合射流成型理论,从装药爆轰波传播角度,分析了起爆直径对杆式射流成型和侵彻性能的影响。结果表明,随着起爆直径d的增大,不仅能提高装药爆轰压力,还能改善爆轰波形,减小爆轰波阵面与药型罩外壁的夹角,增加作用在药型罩上的压力,其中爆轰压力、爆轰波阵面与药型罩顶面夹角的变化,均是在d/D=0~0.3时变化最为明显,同时可得到同条件下射流速度、射流有效长度和射流对靶体侵彻深度的增加也最为明显。

一种新型圆柱-半球结合药型罩形成射流以及侵彻性能的数值模拟及试验验证

在保证半球形药型罩开孔大、开孔均匀的优势前提下,为了提升半球形药型罩的侵彻能力,设计了一种新型圆柱-半球结合药型罩;采用数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA对半球形药型罩、圆柱-半球结合药型罩聚能侵彻体的成形过程及对45号钢板的侵彻过程进行数值模拟,并分析了两种聚能侵彻体的头尾部速度、拉伸长度等参数以及对45号钢板的侵彻能力。结果表明,在相同装药结构下,与半球形药型罩相比,圆柱-半球形药型罩形成的聚能侵彻体头部速度提升了16.67%;对45号钢板的侵彻能力提升了16.82%,且基本上仍然具有半球形药型罩开孔大且均匀的优势。通过试验验证,数值模拟计算的侵彻深度和表面开孔直径误差分别为3.4%和2.9%,证明了数值模拟结果的准确性。

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。

优化设计多模战斗部球缺型药型罩结构

运用ANSYS/LS-DYNA仿真软件,采用中心点起爆和环形起爆的方式,对多模战斗部球缺型药型罩进行结构优化设计。选取球缺型药型罩结构参数曲率半径和壁厚仿真进行仿真计算,并对计算结果进行了Matlab三维作图分析。找出了形成多模毁伤元EFP和JPC最优区间所对应的药型罩结构参数范围,其中药型罩曲率半径取0.7～0.9倍装药口径。药型罩壁厚取0.40～0.56倍装药口径。进行了多模毁伤元成型试验研究,试验结果与仿真结果较一致,为今后进一步研究多模战斗部提供了参考依据。

辅助药型罩尺寸大小对半球形药型罩射流成型影响的数值模拟

为研究辅助药型罩尺寸对半球形药型罩射流成型的影响,采用数值模拟的方法对加装辅助药型罩结构的半球形药型罩射流形成性能进行了研究。结果表明:加装辅助药型罩后半球形药型罩所形成的射流质量相较于单一半球形药型罩具有明显提高,辅助药型罩直径d=0.6D,厚度h=0.1D时所形成的射流综合性能与其他方案相比较好,采用该方案与单一半球形药型罩进行半无限钢靶的侵彻对比,侵彻深度提高了76.8%。

装药长径比对杆式射流成型与侵彻性能影响的数值模拟研究

为探索射流成型机理,针对某等壁厚球缺型药型罩结构,开展了不同装药长径比下杆式射流成型和侵彻混凝土靶的数值模拟研究;结合射流成型理论,从装药爆轰波成长角度,分析了装药长径比对杆式射流成型和侵彻性能的影响。结果表明,在装药长径比由0.5增加到0.9时,装药长径比增加可显著提高射流性能,但当装药长径比超过1.0时,作用到药型罩上的压力的增加幅度明显低于装药质量增加幅度,此时装药长径比的增加对射流成型的贡献逐渐减弱。在受限战斗部质量和空间,且为中心一点起爆条件下,可优选装药长径比为0.9或1.0。

周向约束对杆式射流成型规律的仿真研究

为了达到战斗部减质量并满足装药特殊接口尺寸的要求,建立了三维有限元模型。利用LS-DYNA软件对杆式射流成型过程进行了三维数值模拟,研究了周向约束对变壁厚球缺罩装药杆式射流成型规律的影响。研究结果表明:周向约束中的装药壳体壁厚及衬套材料、高度均对杆式射流的形态、速度分布有显著影响,其中周向约束材料对射流的影响最大,壳体厚度、衬套高度次之。研究得出结论:在设计战斗部周向约束时,合理匹配壳体壁厚,衬套材料、高度可有效改变射流形态和性能,同时可实现战斗部减质量及匹配装药接口尺寸要求。

局部变壁厚球缺型药型罩侵彻威力性能的数值模拟及试验验证

为了提高聚能杆式射流的侵彻威力性能,设计了3种药型罩罩口边缘局部变壁厚球缺型药型罩,并采用LS-DYNA软件对3种不同结构球缺型药型罩的成型过程进行数值模拟,研究了不同结构药型罩的杆式射流对侵彻靶板威力性能的影响,并通过试验对模拟结果进行验证。数值模拟结果表明,与等壁厚球缺型药型罩相比,罩口端外壁采用局部凸弧、平弧、凹弧结构时,杆式射流穿孔深度分别增加8.4%、10.9%、19.5%,且平均开孔孔径分别增加2.4%、7.2%、5.5%;其中,采用凹弧结构时侵彻深度最大,采用平弧结构时平均开孔孔径最大。试验结果表明,相对于等壁厚球缺型药型罩,采用局部平弧球缺型药型罩可在提高战斗部穿孔深度的同时兼顾开孔威力要求。试验结果与数值模拟结果具有较好的一致性。

一种组合药型罩聚能装药战斗部对含水复合结构毁伤的数值模拟及试验研究

为了研究组合药型罩聚能装药战斗部对含水复合结构的毁伤机理,基于LS-DYNA软件的任意拉格朗日欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)流固耦合算法,对水下组合药型罩聚能装药战斗部侵彻体的形成以及穿靶过程开展研究,采用数值模拟等比例模型对水下组合药型罩聚能装药战斗部对靶板毁伤进行试验验证。研究结果表明,在偏心亚半球缺罩罩顶设计偏心亚半球形罩能够在侵彻体前端形成细长的杆式射流,可以增加整个侵彻体长度和头部侵彻体速度。在穿水和靶板过程中,利用头部杆式射流形成空腔帮助后续侵彻体低阻随进。对靶板毁伤过程的分析发现,与战斗部直接连接的第1层靶板将会受到侵彻体的高速冲击作用和爆炸波沿水介质传播过来的强冲击波联合作用,而随着水层厚度的增加,沿水中传播的爆炸冲击波强度会被迅速衰减,爆炸冲击波对后续靶板的作用变得不明显,主要为侵彻体的冲击作用。最后利用设计的组合药型罩结构开展了试验验证,对比分析了每层靶板的穿孔尺寸,试验结果与数值计算结果符合较好,最大误差小于15%。

不同材料双层球缺罩侵彻特性的研究

采用数值模拟及钢靶侵彻试验两种方法研究了单层钛合金球缺罩、钛合金/铜、铝合金/铜双层球缺罩形成的3种杆式射流对45#钢锭靶板侵彻深度和开孔的问题。研究结果表明:不同材料的双层球缺罩形成的杆式射流对45#钢锭靶板的开孔孔径和侵彻深度大小均有直接影响,且钛合金/铜双层罩杆式射流破甲深度相对于铝合金/铜双层罩有一定提高,其开孔孔径明显增大。而单层钛合金药型罩杆式射流整体速度最大,开孔孔径较钛合金/铜、铝合金/铜双层罩杆式射流有明显提高,但破甲能力较低。研究结果对于武器战斗部设计具有一定的指导作用。

基于钽球缺药型罩的多模式毁伤元成型规律

为研究钽球缺药型罩毁伤元成型规律,通过爆轰波碰撞理论和马赫高度计算模型分析了起爆半径对毁伤元成型的马赫超压和马赫高度的影响;利用LS-DYNA有限元程序研究了钽球缺药型罩结构参数(内曲率半径、外曲率半径、罩壁厚)对毁伤元成型的影响。结果表明,中心单点起爆可以形成EFP,环起爆半径为0.8倍装药半径可形成杆式EFP;毁伤元速度和密实度与药型罩内曲率半径呈正相关,与药型罩外曲率半径和药型罩壁厚呈负相关,毁伤元长径比与药型罩内外曲率半径以及壁厚呈负相关;在药型罩内曲率半径R1和外曲率半径R2关系为1.04<R2/R1<1.08,药型罩壁厚在0.036~0.040倍装药直径的条件下,可形成两种模式的较优侵彻体,杆式EFP对45#钢靶的侵彻深度比EFP提高了71.9%。