多弹丸协同冲击下柱壳装药响应特性数值模拟及试验

为探究多弹目交汇条件下多爆炸成形弹丸(Multiple Explosively Formed Projectiles, MEFP)协同冲击柱壳装药响应特性,在冲击起爆试验基础上,采用理论计算和数值仿真相结合的方式,开展不同密集度MEFP群束协同冲击柱壳装药的响应特性分析研究。实验结果表明:MEFP群束密集度λ及柱壳壁厚h均会对响应特性产生影响;当λ相同时起爆用时t随h增大而同步增加,3种壁厚起爆用时分别增大2.00、2.50、1.88倍,当λ为8和5.33时,起爆用时t随h呈线性增长规律;当h相同时起爆用时t随λ减小同步增加,4种密集度MEFP群束起爆用时分别增大2.66、3.60、3.25、2.50倍,且当柱壳壁厚h为13 mm时起爆用时t随λ同样呈线性变化规律。MEFP群束对柱壳装药的协同增强作用在h为13 mm时发生分化,当λ为16和8时,MEFP群束对目标的冲击起爆用时均早于任意单EFP作用,最多分别提前约41.22%、8.61%,协同增强作用明显;当λ为4时,MEFP群束对柱壳装药起爆能力逐渐与单EFP趋同,协同增强作用减弱。

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。

战斗部壳体厚度对爆炸空气冲击波的影响

采用LS-DYNA进行数值模拟,研究了战斗部壳体壁厚及壁厚半径比的改变对爆炸空气冲击波传播特性的影响和对壳体飞散规律的影响.对数值模拟结果的数据进行拟合,并进行量纲分析.结果表明,爆炸空气冲击波峰值随距离的衰减指数与壳体厚度近似成线性关系,壳体越厚,衰减指数越大,空气冲击波峰值随距离衰减越快.分界面(壳体和空气)处的冲击波峰值压力与壳体壁厚成反比,壳体越厚,分界面处的压力越低.战斗部外壳速度、加速时间、加速度与壳体厚度相关,壳体越厚,壳体飞散速度的最大值越小,加速时间越长,加速度越小.

战斗部壳体爆炸破片体/线分形维数研究

为研究爆炸瞬时情况下金属壳体破碎形成破片的形状特征规律,设计了壳体爆炸破碎形成破片回收试验,来研究瞬时破碎条件下破片分布及内在关系。通过借鉴体/线分形维数测定数学模型,并应用MATLAB软件中数学算法对描述破片质量或大小分布特征的体分形维数D3以及描述破片迎风面投影轮廓特征的线分形维数D1进行了计算。研究结果表明:爆炸条件下壳体破碎形成破片质量分布和形貌特征均满足统计自相似性,可以用分形维数来表征;计算获得破片平均体分形维数为2.385 9,平均线分形维数为1.298 7,二者之间满足D3+2D1=5.

聚焦式战斗部破片轴向飞散控制技术

为研究聚焦式战斗部在炸药驱动下破片的轴向飞散特性,提高其轴向杀伤威力,以Shapiro公式为理论指导,对聚焦式战斗部壳体母线进行设计,并对战斗部装药结构进行优化改进。利用LS-DYNA有限元程序及ALE算法对战斗部的爆炸过程进行模拟,以破片轴向分布为指标,对装药结构、壳体母线曲率与破片飞散特性的关系进行了分析。结果表明,"工"字形圆台装药和壳体母线曲率能够有效控制战斗部破片的轴向飞散,并得到了圆台的合理高度。此结果对于深入开展战斗部的破片飞散方向控制及应用研究提供了重要参考。

不同装药战斗部壳体对水中兵器的爆炸威力

通过对裸炸药和带壳战斗部在无限水域中水下爆炸的实验研究,对比分析了炸药的冲击波峰值压力、比冲击波能、比气泡能、总比能量及相对比总能量等爆炸特性参数。结果表明:不同装药爆炸后峰值压力从大到小分别是热塑梯黑铝、熔梯黑铝、复合PBX、TNT,其他对比参数从大到小分别是复合PBX、熔梯黑铝、热塑梯黑铝、TNT;带壳战斗部爆炸后比冲击波能、比气泡能、总比能量相对裸炸药均有不同程度的下降,其中总比能量分别比裸炸药减少25%、21%、15%和15%;战斗部壳体对水中兵器爆炸的比冲击波能、比气泡能及总比能量的影响较为显著。因此,研究水中兵器爆炸威力必须考虑战斗部壳体因素,不能简化。研究成果对于战斗部水下爆炸威力考核有一定的借鉴意义。

点火药药量对爆炸能量输出影响的试验研究

现代作战对弹药低附带损伤和灵活性的要求越来越高,使得爆炸当量可调常规战斗部成为当前研究的热点之一。采用探针法、破片回收法等对不同质量点火药作用下压装8701炸药战斗部的输出能量进行了研究。研究结果表明,8701炸药在战斗部中较易实现燃烧转爆轰。随着引爆的点火药药量增加,战斗部装药的燃烧转爆轰越快,输出的能量也增大,壳体破碎程度也更充分,尤其是点火药在0.2～2.0g之间;当点火药药量达到5.0g时,战斗部装药可实现直接爆轰。研究结果还表明,通过控制点火药药量可以实现战斗部威力可调的目的。

装填系数对破甲杀伤复合战斗部威力影响的数值模拟

为了提高破甲杀伤复合战斗部的毁伤威力,研究了装填系数对战斗部破甲和杀伤威力的影响。采用理论分析的方法,计算了战斗部装填系数从0.71增大到2.00时破片的成型和杀伤半径;采用非线性有限元软件LS DYNA,对比分析了战斗部装填系数为0.80、1.00、1.20、1.40和1.60时成型射流的破甲深度,得到了装填系数与破片杀伤半径、成型射流破甲深度的关系。结果表明,随着装填系数从0.71增大到1.86,杀伤半径从9.1m增大到10.2m;继续增加装填系数至2.00,杀伤半径不再增大;随着装填系数的增加,破片平均质量减小;装填系数从0.80增加到1.60过程中,破甲深度先减小后增大,最大破甲深度为143.30mm。

CEW战斗部成型数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA软件对CEW战斗部成型进行了数值模拟,并通过加一层外沿装药和壳体的方式使周围MEFP实现了很好的成型效果。然后对药型罩的壁厚对CEW成型性能的影响进行了模拟分析,发现中心药型罩为3mm时形成的EFP为长径比较大的中心密实的弹丸,且速度较高。周边药型罩在壁厚2mm时形成的EFP具有可观质量及速度。数值模拟结果表明,药型罩存在一个最佳的壁厚,在此壁厚下EFP具有较高的速度、合适的长径比、易于稳定飞行的外形。

发射状态下燃料对FAE战斗部壳体的应力作用分析

通过建立力学模型,对FAE战斗部壳体进行了定量分析,提出了FAE战斗部壳体设计的新方法。指出了在FAE战斗部壳体设计中,燃料轴向过载时产生的横向变形对壳体的作用是不能忽视的,这个力和过载加速度引起的轴向力对壳体的作用在壳体的设计中起着主导作用,是设计壳体的主要依据。

不同热处理条件下半预制破片战斗部壳体的金相观察分析

为研究不同热处理条件下内刻V形槽20#钢圆柱壳体的破裂机理,进行了爆炸加载破片回收试验,并观测其断面金相组织.结果分析表明:破片以韧性断裂为主,不同的原始组织对断裂模式有一定影响;淬火钢强度高,易形成绝热剪切带,利于控制破片形状和大小;裂纹源开始于刻槽根部,从壳体内表面延伸至外表面,引起壳体破裂.

战斗部壳体对水下爆炸威力影响的数值模拟研究

采用LS-DYNA软件对装药半径为0.15 m、0.42 m、0.55 m的有/无壳体战斗部的爆炸特性进行数值模拟研究。分析了炸药在有无壳体的水下爆炸时的冲击波压力、气泡脉动压力等特性参数。对比总结了不同网格密度、不同当量、不同装药半径及有/无壳体的数值计算结果。结果表明,壳体对水下爆炸气泡脉动的影响较为显著。壳体厚度对气泡形成时间没有太大影响,但对气泡压力峰值影响较大。因此,研究战斗部水下爆炸威力时必需考虑壳体因素。

混合燃料装填状态及结构特征分析

FAE战斗部要适应一定的使用温度范围 ,壳体内装填的混合燃料体积会随着温度的变化发生变化 ,需要在战斗部内留有一定空间间隙 ,间隙大小需要综合考虑燃料的温度系数、战斗部壳体强度及战斗部质量偏心等因素。本文推导出能够满足战斗部安全要求和发射精度要求的壳体内预留间隙计算方法。

可变形战斗部弹体变形型面的理论模型

为了从理论上得到给定初始条件下可变形战斗部的弹体变形型面,将战斗部变形部分的结构简化为辅助装药对单层圆柱壳体作用的结构,将圆柱壳体作为理想刚塑性材料,建立圆柱壳体的五塑性铰位移模式,应用刚塑性动力学原理,得到战斗部弹体变形型面的理论模型,模型计算结果与实验结果吻合较好。

水中聚能战斗部毁伤双层圆柱壳的数值模拟与试验研究

为研究聚能战斗部的水下作用特性,基于光滑粒子流体动力学-有限元方法耦合算法,模拟了聚能战斗部对双层圆柱壳结构的毁伤过程。分析金属射流的形成和射流速度衰减规律,研究高速金属射流、强冲击波与气泡载荷联合作用下对双层圆柱壳结构的毁伤模式和毁伤特性,并进行了海上模型试验验证。数值模拟与试验结果吻合良好。研究表明:水中聚能战斗部对双层圆柱壳结构的破坏载荷主要有金属射流、冲击波载荷及气泡载荷3种,金属射流穿透力强,造成结构的局部小尺寸破口;冲击波载荷及气泡载荷作用面积大,引起结构的大面积破口及塑性凹陷。

端面起爆驱动圆柱壳体的分析

文中通过对基本的爆轰理论推导,并考虑稀疏波的影响,根据实际情况推导了端面起爆驱动圆柱壳体的破片速度分布,可以看出其速度值的最大分布区域与通常的观点有差异,并提出了三种爆轰场等场强作用的形成方法。该理论分析结果可为爆轰加载研究及战斗部工程设计提供有益的参考。

可变形战斗部弹体变形型面研究

基于炸药瞬时爆轰理论,将战斗部变形阶段的结构简化为辅助装药,对等效圆柱壳体实施爆轰加载,并在等效壳体上的加载段引入若干个塑性铰,相应地将辅助装药划分成与塑性铰相对应的若干个独立微元。针对均匀加载下等效壳体的原始位移分布,采用具有能量分布梯度的辅助装药加载进行匹配,设计出能实现D型型面的辅助装药形状,最后通过数值模拟进行验证。结果表明,采用该形状的辅助装药能实现较理想的D型弹体变形型面。

空空导弹爆炸冲击波对导弹类目标毁伤数值模拟

为了得到定量装药的爆炸冲击波对目标有效毁伤的临界距离。基于LS/DYNA软件,把导弹类目标简化成一定厚度的圆柱壳体,对定量炸药爆炸冲击波毁伤不同距离处的圆柱壳体进行了三维数值模拟,分析了不同距离处爆炸冲击波对壳体毁伤的作用方式和壳体的响应特征,得出了壳体不同的毁伤程度,得到了一定装药下爆炸冲击波毁伤目标的临界距离,为战斗部设计、毁伤评估及目标防护设计等提供参考。

预制破片与轻质壳体阻抗匹配对破片初速及完整性的影响

依据杀伤战斗部装药对破片爆轰加载过程的特征,设计了与其较为相似的滑移爆轰单元结构实验模型,采用闪光X射线照相方法获得了预制破片和轻质壳体在两种典型排布顺序下的破片初速及破损情况,并结合应力波传播理论对实验结果进行了分析。结果表明:破片外置时,初始应力波由低阻抗金属材料向高阻抗金属材料传播,破片受到壳体传入的冲击波及空气传入的拉伸波作用,初速较高,轻微破损;破片内置时,初始应力波由高阻抗金属材料向低阻抗金属材料传播,虽然破片受到爆轰产物传入的冲击波及壳体反射的拉伸波作用,但初速相对偏低,易发生破损,甚至有明显层裂现象。

抛射弹战斗部塑料壳体注塑工装设计与注塑工艺分析

介绍了抛射弹战斗部壳体工艺及工装设计的技术分析经过 ,论述了塑料件的工装、工艺设计原理。从理论与实践上 ,确定了注塑工艺的最佳工艺参数。