Zr基非晶破片对碳纤维复合靶及后效铝靶的侵彻试验研究

Zr基非晶破片是一种新兴的活性高效毁伤元,其着靶速度达到一定阈值时会发生燃烧反应并破碎,从而大幅提高其后效毁伤能力。为研究Zr基非晶破片对碳纤维增强复合材料的侵彻破坏机理及后效毁伤能力,利用弹道枪加载球形破片,分别以496.4~1 085.8 m/s、571.4~1 103.9 m/s的速度范围撞击8和6 mm厚的碳纤维复合靶,并布置2 mm厚LY12铝靶板作为后效靶,以比较破片在不同工况下的后效毁伤能力。实验结果表明:碳纤维靶受活性破片冲击时,其迎弹面的破坏形式主要是压缩失效与剪切失效的耦合破坏,其背弹面的破坏形式主要是拉伸失效破坏与层间的脱粘分裂;随着破片着靶速度的提高,碳纤维靶板的压剪耦合破坏比例逐渐增加,拉伸断裂与分层现象逐渐减弱;破片对于8和6 mm厚碳纤维靶的弹道极限速度分别为351.9、264.6 m/s;相同着靶速度下,8 mm厚碳纤维靶的后效毁伤面积大于6 mm厚碳纤维靶的后效毁伤面积,两者之间的差异随着着靶速度的提高而逐渐减小;破片冲击等厚度碳纤维靶时,破片的后效毁伤能力随着靶速度的提高而增强。

Zr_(77.1)Cu_(13)Ni_(9.9)非晶合金破片侵彻LY12铝合金及TC4钛合金靶板毁伤后效及机理对比研究

锆基非晶合金是极具发展潜力的含能结构材料,由其制备的破片侵彻不同材质装甲时,会表现出显著不同的毁伤效果.本研究中利用弹道枪发射装置,针对Zr_(77.1)Cu_(13)Ni_(9.9)非晶合金破片,以1200 m/s速度分别侵彻8 mm厚LY12铝合金和TC4钛合金屏蔽靶,结合高速摄影技术比较了破片碎裂形成碎片云并造成毁伤后效的过程;同时基于FEM/SPH自适应耦合法,再现了破片对两类屏蔽靶开坑、稳定侵彻、穿透等系列阶段,以及碎片云形成的复杂物理过程,揭示了其对后效靶的毁伤机理.结果表明,由于TC4钛合金相比LY12铝合金具有更高的强度,穿透TC4屏蔽靶所需的时间更长,且靶板内最大等效应力是后者的3倍左右;破片在侵彻TC4屏蔽靶时与靶板间发生了更强的相互作用,使得破片前端出现更大面积的高应变区域,由此导致破片发生了更严重的破碎并产生分布范围更大的碎片云,从而在后效靶上产生更大面积的损伤.

钨丝/锆基非晶弹芯贯穿靶板靶后破片飞散特性

为研究钨丝/锆基非晶复合材料(以下简称“钨丝集束”)弹芯侵彻有限厚靶板的侵彻性能及靶后毁伤能力,采用长径比为15.4,体积分数为80%的钨丝集束(钨丝增强相直径为0.3 mm)弹芯在(1600±20)m/s的速度下对有限厚45钢靶板进行侵彻实验,并与91钨合金弹芯进行对比。分析了45钢靶板及后效靶的宏观毁伤效果,得到两种材料侵彻体靶后毁伤特征参数及靶后破片飞散特性参数。讨论了两种材料弹芯靶后毁伤机制的差异。研究结果表明:与91钨合金弹芯相比,钨丝集束弹芯侵彻靶板的弹坑直径更小,说明钨丝集束弹芯侵彻过程中具有结构“自锐”特性,侵彻过程中能量耗散更小,侵彻性能更高。此外,由于钨丝集束弹芯的拉压不对称特性,使得钨丝集束弹芯在出靶后弹芯材料随即发生破碎、离散,对距靶板0.5 m处2A12后效靶的毁伤面积分别为钨合金弹芯的1.7倍和1.63倍,有效破片数量分别为后者的2.76倍和1.61倍,破片飞散角及后效靶最大破口尺寸均大于钨合金弹芯,增大了对靶后目标的毁伤能力。

脱壳弹穿甲后效及引燃性能的试验研究

利用25高炮发射进行了穿甲试验、毁伤后效试验及引燃试验,选用试验弹模拟1 000 m着速,依次射击25 mm/60°均质装甲板、飞行器设备舱模拟靶、武装直升机有防护驾驶舱模拟靶、地面装甲车燃油箱模拟靶,得到了对不同目标靶试验后的弹体穿甲威力及后效性能和引燃燃油性能相关数据,对脱壳弹的结构设计和毁伤评估有一定参考价值。

复合药型罩EFP的形成及数值模拟

设计了两种可形成复合EFP的复合药型罩装药结构,即内层等壁厚、外层变壁厚以及内层变壁厚、外层等壁厚的复合药型罩。通过数值模拟及破甲毁伤实验,对复合EFP的形成和透靶毁伤效果进行了研究。结果表明,两种装药结构都可以形成复合EFP。与内层等壁厚、外层变壁厚组成的复合药型罩相比,内层变壁厚、外层等壁厚形成的药型罩效果更好,其后效毁伤区域更大。与单层EFP相比,复合药型罩形成的EFP对目标的毁伤后效效果更好。

微型破甲弹侵彻威力试验研究

对微型破甲弹的装药结构,药型罩结构如药型罩内外锥角,罩壁厚以及罩顶药厚等参数进行了计算和试验论证研究,并采用挤压工艺制作药型罩。对均质钢靶进行了破甲威力试验,破甲深度和破甲后效的结果表明,装药质量小于8g,平均静破甲深度可以超过40mm,并具有足够的后效毁伤效果。

锆基非晶活性破片侵靶特性研究

为了获得锆基非晶活性破片撞靶的后效特性参数,运用AUTODYN软件选择SPH算法对锆基非晶活性破片撞靶后的碎裂过程以及对靶后目标的毁伤作用进行了仿真计算,并进行了锆基非晶活性破片撞靶过程试验,仿真计算值与试验结果吻合较好。研究结果表明,锆基非晶活性破片撞击靶板后破碎形成碎片云,对靶后目标可形成较大毁伤区域,随着破片撞击速度的增加,碎片云对靶后目标的毁伤区域增大,当撞击速度由843 m/s上升至1563 m/s时,碎片云的轮廓增大,扩孔面积由675 mm^(2)增加至5648 mm^(2),增幅大于700%;破片在侵靶过程中会发生爆燃反应,进一步增强对靶后目标的毁伤效果。结果可为活性破片的毁伤机制研究提供参考。

含能破片技术与应用

对含能破片及其应用技术进行了探讨。阐述了含能破片的毁伤原理、结构组成、国内外的发展情况,以及含能破片技术应用研究方面的情况。分析了制约含能破片工程化应用的关键技术,指出了含能破片的研究方向。