整体多枚爆炸成型弹丸战斗部试验研究及数值模拟

为提高爆炸成型弹丸(EFP)的命中概率和炸药装药利用率,通过在药型罩上预制沟槽和开孔的办法,设计了一种新型整体多枚爆炸成型弹丸(MEFP)战斗部。靶场静爆试验和数值模拟表明,这种MEFP战斗部能够产生预期的3枚成型弹丸。每枚成型弹丸均可穿透两层15 mm厚叠放的25SiMnMo装甲板,试验靶板上弹孔呈等边三角形分布,有效地提高了命中概率。这种MEFP战斗部对靶板总的穿透毁伤面积较结构相似的单枚EFP提高3倍以上。

一种杆式周向多爆炸成型弹丸战斗部仿真及实验研究

为提高周向多爆炸成型弹丸(MEFP)战斗部的侵彻能力,设计了1种杆式MEFP战斗部。采用工程计算方法和数值模拟方法对1种新型MEFP进行了成型速度研究。进行了战斗部原理样机的静爆实验。根据实验结果对工程计算方法进行了修正。直径为127 mm的杆式MEFP战斗部样机的杆式弹丸可以穿透距爆心3 m处40 mm厚的Q235钢靶板,杆式弹丸长径比可达到4∶1,可以满足毁伤元穿甲威力要求。

带大隔板爆炸成型弹丸战斗部药型罩结构研究

为研究爆炸成型弹丸(EFP)药型罩结构,基于爆轰波在有大直径隔板的EFP装药结构中的传播特性,建立了马赫波作用下罩顶微元压垮速度理论计算模型。理论计算结果表明,药型罩顶部局部加厚可以显著地降低罩顶微元压垮速度,避免EFP头部断裂;当厚度增加量过大时会导致EFP头部出现射滴和包心,对EFP飞行稳定性和侵彻威力造成负面影响。数值模拟结果表明,罩顶局部加厚不会显著降低EFP速度和长径比;当罩顶局部厚度增加量为12.5%~25.0%时,既能避免EFP头部断裂,又能避免EFP头部出现射滴和包心。对带隔板EFP战斗部进行了X光实验,实验结果验证了数值模拟结果的正确性。

环形射流和中心爆炸成型弹丸组合战斗部对混凝土墙的破孔特性

为解决墙体大孔径开孔问题,设计了一种可以对混凝土墙体形成较大开孔的环形射流和中心爆炸成型弹丸(EFP)组合战斗部。针对环形射流成型过程中容易发生扭曲偏斜的问题,提出了变壁厚环形药型罩,通过两个偏心圆来实现环形药型罩的变壁厚,并用偏心距来决定壁厚变化的梯度。通过数值模拟,对4种不同壁厚变化梯度的环形药型罩成型过程进行分析,研究环形射流和中心EFP组合战斗部对混凝土墙体的破孔特性,得到壁厚变化梯度对环形射流形态的影响规律,确认最优的环形药型罩结构,保证环形射流具有良好的密实度和形态的同时也具有一定的外扩角度。试验验证了组合战斗部的破孔能力,结果显示组合战斗部可以对混凝土墙体形成直径大于2.5倍装药口径的通孔。

智能雷爆炸成型弹丸战斗部研究

以智能雷为研究对象,从结构组成、作用原理和毁伤效能方面分析了爆炸成型弹丸和多爆炸成型弹丸的战斗部技术。通过建立攻击过程的蒙特卡洛模型,编制了智能雷攻击坦克目标的计算机仿真软件。针对两种不同的爆炸成型弹丸战斗部技术,计算了在不同延迟时间和区域系数因素影响下,智能雷对坦克目标的毁伤概率。结果表明:智能雷战斗部技术宜采用多爆炸成型弹丸战斗部技术,可以提高智能雷场对集群装甲目标的毁伤效能。

展开式EFP战斗部复合破片场成型的数值模拟

为实现战斗部毁伤威力的可控化,提出了一种外围采用刻槽壳体且可展开不同角度的EFP战斗部。基于ICEMCFD软件对展开式战斗部进行了O型网格划分,采用Autodyn软件对EFP和预控破片群相结合的复合破片场成型过程进行了数值模拟,获得了中心与外围装药量、外围装药起爆方式、展开角度对复合破片场成型特性的影响规律,利用X光试验验证了数值模拟方法的有效性。结果表明,随着中心装药半径的增大,EFP的速度和长径比逐渐增大,断裂现象愈加明显,而预控破片的飞散速度逐渐减小;外围装药顶部四点起爆方式形成的破片速度高于顶部二十点和内侧二十点起爆方式下的破片速度;闭合与展开时预控破片的最大速度分别出现在距起爆端约60%和33%处,且随着展开角度的增加,远离起爆端的预控破片速度逐渐减小,与闭合状态相比,展开75°状态下EFP侵彻深度减少了36%,而孔径增大了38%。选取中心装药半径20mm、展开角度为45°~60°时,复合破片场的汇聚较明显且成型控制效果较佳。

爆炸成抛物面型弹丸战斗部的仿真研究

研究毫米波制导末敏弹丸战斗部的爆炸成型问题。由于天线与药罩外形不匹配,造成弹丸威力下降。为了消除毫米波雷达天线对战斗部药型罩成型过程中的不良影响,提出了在战斗部中采用抛物面药型罩与雷达天线的主反射面共形设计的解决方案。使用正交方法并结合仿真软件对方案进行了优化设计与仿真。仿真结果表明,战斗部指标能够达到威力要求,证明末敏弹战斗部采用抛物面药型罩与毫米波雷达天线共形设计的方案是可行的,能够减小敏感器件对战斗部的影响,为设计提供了依据。

预制破片/MEFP组合式战斗部数值仿真

研究了一种组合式战斗部结构,利用ANSYS/LS-DYNA软件对其成型过程进行数值模拟。仿真结果表明:该新型预制破片/MEFP组合式战斗部可以形成速度高、数量多、杀伤面积大的多个毁伤元。MEFP毁伤元穿孔深而大,并且可以有效提高预制破片的密集度。此外还研究了起爆方式对毁伤元的影响,结果表明中心起爆方式形成的毁伤元速度高,密度分布较差,EFP飞行方向较为发散;环形起爆可以形成稳定轴向飞行的EFP,速度比较低。

周向整体式MEFP战斗部结构设计研究

为了提高弹丸命中目标的概率,提升战斗部的作战效能,基于单爆炸成型弹丸(EFP)战斗部更易命中、摧毁目标的优势设计了一种周向整体式多爆炸成型弹丸(MEFP)战斗部,即在战斗部外壳面沿圆周方向分层均匀布置药型罩,在爆炸载荷作用下药型罩翻转形成多束EFP,对周围空间目标进行毁伤。利用LS-DYNA软件,分析药型罩排列方式、排列层数以及MEFP战斗部起爆方式对MEFP成型及性能的影响。结果表明:交错式较平行式周向结构所形成子EFP的综合性能更好;随着药型罩排列层数的增加,所形成的子EFP速度也越大;线起爆方式比三点起爆方式所形成的子EFP轴向速度大。

基于增材制造的壳-罩一体式周向MEFP战斗部试验研究

为验证增材制造技术在周向MEFP战斗部领域应用的可行性,利用激光选区熔化(SLM)3D打印技术制备了以316L不锈钢为材料的壳-罩一体式周向MEFP战斗部,并开展了仿真和静爆试验研究。结果表明,3D打印316L不锈钢壳体在起爆后可以形成独立的多EFP毁伤元,其速度在1848~2112m/s之间,并能够在1.68m范围内保持完整的形态;受EFP自身速度梯度和药型罩材料延展率低的影响,多EFP毁伤元在2.7m范围外会出现不同程度的破碎;增材制造技术为周向MEFP战斗部的研究和制备提供了一种可行的途径,其打印精度完全能够满足战斗部设计需求,具有十分可观的应用前景。

LEFP战斗部毁伤元成型及初速分析研究

线形爆炸成型弹丸(LEFP)战斗部近些年成为研究热点。以一种大长径比LEFP战斗部为研究对象,为了更精确地估算LEFP初速,利用数值模拟技术,对LEFP成型结果以及初速度进行仿真。通过研究LEFP各点初速分布,对格尼公式进行修正,求得适用于估算LEFP初速估算的修正格尼公式。在此基础上,提出符合LEFP战斗部的有效装药模型。通过试验研究,检验LEFP毁伤能力,并对毁伤元初速的试验结果、数值模拟结果、修正型格尼公式计算结果进行对比,验证修正后的格尼公式适用于LEFP战斗部的毁伤元初速估算。

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。

双层药型罩EFP战斗部性能参数的灰色系统理论分析及实验研究

通过LS-DYNA有限元软件计算得到不同装药结构的双层药型罩爆炸成型弹丸(EFP)战斗部成型侵彻体的特征参数,利用灰色系统理论分析了药型罩材料密度、曲率半径、厚度比以及装药密度、装药长径比(L/D)对成型侵彻体不同特征参数的影响规律。基于灰色系统理论分析结果设计了不同装药结构的双层药型罩EFP战斗部并进行了毁伤效应实验研究。实验结果表明当内外药型罩的厚度比为1.33时,双层药型罩EFP战斗部成型侵彻体的侵彻深度达到0.67倍装药口径,是具有相同装药结构EFP战斗部成型侵彻体侵彻深度的两倍左右;具有Cu-Cu或Cu-Fe药型罩组合方式的双层药型罩EFP战斗部成型侵彻体在侵彻深度方面的能力大致相当,但是Cu-Cu药型罩组合方式的战斗部成型侵彻体侵彻钢板的形状近似呈圆形。

圆锥-球缺药型罩聚能战斗部结构优化设计

针对现代舰船抗爆炸与冲击能力的日益提升,提出了一种圆锥-球缺组合药型罩聚能战斗部在鱼雷上的应用,建立了该战斗部水中接触爆炸钢质靶板的力学物理模型,并通过试验对数值模拟结果进行了验证性研究。采用正交设计方法,设计了16种不同参数的圆锥-球缺聚能战斗部的结构,利用该模型进行了数值计算,得到了战斗部的最佳结构,为高效聚能战斗部的设计提供了理论依据。

多爆炸成型弹丸性能参数灰关联分析

为了获得各参数对多爆炸成型弹丸毁伤性能的影响程度,以EFP速度和MEFP发散角为参考序列,以药型罩和装药参数为比较序列,运用灰关联理论对影响MEFP毁伤性能的参数进行了灰关联分析。在此基础上,应用灰关联分析结果完成了MEFP战斗部优化设计。结果表明:在较少样本空间前提下,采用灰关联理论可以分析获得影响多爆炸成型弹丸毁伤性能的各因素主次关系,而且经过优化后的MEFP战斗部,大大地提高了EFP的集聚性和毁伤性能。

末敏弹引信与战斗部系统的仿真研究

引信与战斗部系统仿真是末敏弹系统总体设计中的关键环节。建立了弹目遭遇过程中的弹目运动、子弹摆动和延时估计模型,根据上述模型及弹目三维实体模型,实现了末敏弹波束扫描、目标捕获、起爆延时计算及爆炸成型弹丸战斗部起爆和命中目标过程的可视化仿真,通过仿真对子弹摆动、风等因素对探测器扫描轨迹、捕获概率及爆炸成型弹丸战斗部对目标毁伤概率的影响进行了研究,并给出了不同交会条件下的引信与战斗部配合可视化仿真结果。

一种双球缺组合药型罩聚能鱼雷战斗部研究

随着防护技术的不断发展,现代舰船的抗爆炸冲击能力日益增强,而常规药型罩聚能鱼雷战斗部已很难对新型舰艇予以致命毁伤。为此,文中在圆锥、球缺组合药型罩聚能战斗部的基础上设计了一种双球缺组合药型罩聚能战斗部,分析了其作用机理,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行了数值仿真,得到了其侵彻带含水夹层圆柱壳靶板的应力云图。仿真结果表明,该战斗部利用前级小球缺罩形成的聚能射流能为后续大球缺罩形成的爆炸成型弹丸(EFP)随进破坏开辟通路,对目标的毁伤效应强于圆锥、球缺组合药型罩聚能战斗部。该研究结果可为新型高效鱼雷战斗部设计提供参考。

一种新型聚能破甲战斗部及其发展趋势探讨

针对当前以单罩聚能效应为主的聚能破甲战斗部 ,提出一种新型多罩复合聚能装药结构 ,探讨了其成型机理和联合破甲原理 ,系统研究了主要装药结构参数对破甲效果的影响。实验结果表明 ,该聚能装药结构比EFP装药结构 ,在保持穿孔孔径相当和同等装药条件下 ,可以提高穿深 5 0 %左右。在此基础上 ,进一步提出反反应装甲目标新型聚能装药结构 ,深化了聚能效应的内涵 ,丰富了打击目标的手段。

一种新型聚能战斗部的实验研究

本文根据能量利用的观点提出了一种新型聚能战斗部装药结构,指出开展其研究的重要价值;并对其射流与弹丸的成型过程和破甲机理进行了理论分析,在此基础上进行了系统的静破甲实验,并对该战斗部装药结构的一些关键结构参数(例如空孔孔径、炸高、小锥角聚能罩底面直径和锥角角度)和大、小锥角聚能罩材料之间的匹配关系对静破甲效果的影响进行了系统的分析研究。实验结果表明:在各自最佳炸高条件下,该新型聚能装药结构比普通EFP装药结构,在保持相当穿孔孔径、同等装药和壳体约束条件下,可以提高穿深达50%左右。进一步深化了聚能效应的内涵和丰富了打击目标的手段。

一种爆-破型鱼雷串联战斗部设计及数值模拟

为提高鱼雷非接触爆炸对水下目标的毁伤效果,提出一种新的鱼雷爆-破串联聚能战斗部的设计方案,前级为爆炸装药,后级为聚能装药,利用前级爆炸产生的气泡为后级的爆炸成型弹丸(EFP)提供前进通道,有效降低EFP的飞行阻力和能量损耗。采用AUTODYN数值计算软件,模拟EFP在空气、水和气泡中飞行情况,对比分析了EFP的速度变化和变形及对靶板的毁伤情况,验证了此设计方案的可行性和优越性。