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。

低附带毁伤弹药的炸药/钨粉质量比对钨粉抛撒特性的影响

为研究低附带毁伤弹药的炸药/钨粉质量比对钨粉抛撒速度的影响,根据爆炸力学相关理论,建立了描述炸药/钨粉质量比与钨粉抛撒初速理论关系的模型。为分析钨粉的轴向速度,用AUTODYN-3D软件对炸药/钨粉质量比为0.0335-0.3636的7种方案进行了数值仿真,分析、对比了不同方案的钨粉轴向抛撒速度。为了验证钨粉抛撒初速与质量比的理论模型以及不同炸药/钨粉质量比的钨粉抛撒初速仿真结果,进行了炸药/钨粉质量比为0.0335、0.0875、0.2113的3发低附带模拟弹试验。结果表明,钨粉的抛撒初速与炸药/钨粉质量比呈非线性递增关系,增大炸药/钨粉质量比可有效地增大钨粉的速度,但炸药/钨粉质量比大于0.1734后,对钨粉的速度的提高作用就开始减小。钨粉抛撒初速的数值仿真结果和理论计算结果与相同质量比下的试验结果较吻合。

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。

一种低附带弹药金属颗粒定向加载技术

为了实现低附带弹药金属颗粒定向可控加载,研制了采用爆轰方式驱动低附带弹药金属颗粒的发射装置,并进行了不同尺寸钨球颗粒与不同装药比的发射实验。运用高速摄影与高速红外摄影捕捉爆轰驱动过程中颗粒抛撒分布和速度,并采用CT断层扫描和三维图像重建再现了颗粒在肥皂靶中的三维空间分布。实验结果揭示了爆轰驱动下颗粒加速、减速和散落3个阶段的特征。钨球颗粒速度均值范围为689.84~889.14m/s,最大侵彻深度为65.23~167.35mm,颗粒加载上靶率在30%以上。发射装置中金属颗粒/装药质量比可调,能重复使用。采用肥皂靶、高速摄影、高速红外相结合的测试方法有效可行,CT图像重建用于终点弹道参数判读能提高结果分析精度。以上结果可为研究低附带弹药对生物目标的毁伤效应、致伤机理和生物损伤判定与救治提供有效可行的技术与方法。

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。

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/不敏感炸药作用下战斗部联接强度的计算方法

某些采用低附带/不敏感炸药的战斗部以及有些威力可调战斗部,其联接强度对装药反应状态、爆炸型式变化、各反应所占的百分比以及各部件最大过载等有着较大影响,是装药选择、结构设计、装药形式等需要重点考虑的因素之一。鉴于此,研究了采用螺纹联接战斗部在低附带/不敏感炸药作用下联接强度的计算方法,给出了联接强度的计算公式,并通过钢质与钢、铝、尼龙材质的配合部件进行实验,实验表明该计算公式与实际十分吻合,为未来相似战斗部联接强度的计算提供了理论依据。

低附带毁伤战斗部壳体壁厚的优化设计

为实现陶瓷微粒限定范围内低附带毁伤效果,将炸药与陶瓷微粒混合构成新型复合装药结构。在相同结构与药量的情况下,对非金属战斗部壳体壁厚进行优化设计,设定3种不同壳体壁厚,采用LS-DYNA软件模拟仿真外加试验验证的方法得到壳体壁厚对陶瓷球初速的影响规律。结果表明:同种装药结构中,壳体壁厚为4 mm、陶瓷球初速在1 100m/s左右时,对比发现低附带毁伤效果最好;模拟仿真与试验结果规律基本一致。

某新型破片材料在低附带毁伤弹药中的应用研究

根据低附带毁伤战斗部对破片材料的要求,在传统金属材料破片研究的基础上,探究某新型非金属Ce材料破片的近场杀伤效能及远场附带杀伤距离。在同种装药结构与配比度的情况下,研究了两种材料的破片比动能随飞行距离的变化规律。利用LS-DYNA软件进行模拟,对比两种破片的初速;并探究新型Ce材料的毁伤威力过程。研究表明,威力场内Ce球形破片杀伤动能比钨破片高,过渡场杀伤威力迅速衰减,过渡场外杀伤动能几乎为零。因此低附带毁伤弹药可选用Ce材料球形破片作为杀伤元。

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。

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。

考虑衬层/隔层的爆炸驱动金属颗粒飞散特性研究

采用数值模拟和试验相结合的办法,对爆炸驱动衬层-颗粒-衬层三明治结构飞散特性进行探究,给出了衬层与隔层对WC颗粒飞散影响。实验结果表明:泡沫铝隔层作用下产生聚焦效应,WC颗粒群的飞散带长度显著降低;泡沫铝隔层不产生破片,对毁伤效果无增益;WC颗粒群在1.25 m处呈现明显聚团现象,在1.5 m处聚团现象减弱。基于LS-DYNA软件中离散元法对WC颗粒群的爆炸驱动进行三维数值模拟,描述了WC颗粒在衬层/隔层存在时的近场驱动飞散,揭示了衬层/隔层对WC颗粒驱动影响的机理:聚乙烯衬层会增大端部粒子的飞散,粒子云聚焦现象是由于泡沫铝的存在;衬层/隔层产生的裂纹泄压导致颗粒层被切割,产生聚团现象,且聚团现象随飞散距离增加而减弱。数值模拟结果与试验结果吻合较好。

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。

基于粘性标准的防暴动能弹冲击损伤评估综述

为了科学评估防暴动能弹冲击人体所造成的损伤程度,国内外学者有关防暴动能弹致伤标准的研究就从未停止。通过对防暴动能弹致伤标准之一的粘性标准相关文献的研究,梳理了当前国外研究现状,总结了现有粘性标准损伤评估存在的问题,并对防暴动能弹损伤评估方法的发展做出展望:一是耦合多维致伤标准,形成防暴动能弹冲击损伤评估组合判据;二是利用深度学习的神经卷积网络模型,获得预警算法以指导防暴动能弹的科学使用。同时提出了火炮类武器城市战条件下对远场低附带人员损伤标准的建议、量化指标和火炮战斗部材料的优化选择。为下一步国内基于粘性标准的防暴动能弹冲击损伤评估的研究提供了一定参考。

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。

亚毫米球形粒子侵彻弹道明胶实验研究

基于经改造设计的12.7 mm弹道枪试验平台,成功对直径为0.5 mm、0.6 mm、0.8 mm钢制球形粒子侵彻明胶开展实验研究,获得了不同直径亚毫米粒子对弹道明胶的侵彻深度和粒子速度衰减结果,基于此重新拟合了亚毫米球形粒子侵彻明胶的侵彻深度经验公式。该结果可为亚毫米球形粒子的高速侵彻终点效应研究提供参考。