弹体结构对横向增强型侵彻体作用效果的影响

横向效应增强型侵彻体(PELE)的作用原理基于内芯和外层弹体使用密度不同的材料这一物理效应,因而弹体结构可能对作用效果产生重要影响。采用改变内外径比(I/O)和长径比(L/D)的方法,利用有限元程序ANSYS/LS-DYNA,对PELE以固定速度垂直撞击靶板进行了数值仿真研究。基于仿真结果,分析了弹丸的内外径比和长径比对横向效应的影响。内外径比取0.5～0.7、长径比取3～5时,PELE既能轻易地穿透靶板,使弹杆轴向速度降低不多,又能产生大量具有较高横向速度的破片,有效地发挥作用。

横向效应增强型侵彻体撞击金属薄板理论模型

为了分析影响横向效应增强型侵彻体(PELE)弹壳体横向速度的因素,该文建立了其横向速度的理论分析模型。该模型基于动能定理和动量定理,考虑了PELE弹对金属薄板灵敏度的要求,结合了PELE弹作用原理及其对金属薄板的作用特点。综合考虑了装填材料及靶板材料的声阻抗、弹体的密度和泊松比、靶板密度及厚度、着靶速度、弹丸壳体的内外径比和长径比因素。结合实战用PELE弹的结构、靶板条件和速度范围,利用LS-DYNA软件进行了三维数值仿真。研究结果发现:PELE弹在壳体自身和装填材料的共同作用下,壳体的横向速度随着弹丸着靶速度和装填材料声阻抗的增大而增大,其理论分析模型计算结果与仿真结果一致性较好。

横向效应增强型侵彻体作用机理研究进展

横向效应增强型侵彻体具有重要的科学与军事应用价值,受到国内外学术界的广泛重视,针对其作用机理的研究也逐渐成为研究热点。综述了横向效应增强型侵彻体作用机理的研究现状,包括壳体破碎机理,弹靶材料、弹体结构、着靶姿态等因素对横向效应增强型侵彻体作用效果的影响,最后给出相关工作建议。

壳体切缝的结构参数对PELE横向效应的影响

为了研究壳体切缝结构参数(切缝的周向个数N、径向深度H和轴向长度L)对横向效应增强型侵彻体(PELE)侵彻钢筋混凝土靶开孔尺寸的影响,利用数值仿真方法对具有不同壳体切缝结构参数的PELE侵彻钢筋混凝土靶进行正交优化分析,通过定义横向效应贡献值对弹丸轴向动能转化为钢筋混凝土靶因壳体膨胀破坏损失的能量进行研究。结果表明,壳体切缝参数为N=8、H=5.5 mm、L=150 mm时,钢筋混凝土靶破坏的开孔尺寸最大为409 mm,横向效应贡献值最大,并且PELE的横向效应效果最佳。同时,壳体切缝结构参数对PELE横向效应的影响程度:L最大,N次之,H最小。

弹丸转速对PELE侵彻钢筋混凝土靶横向效应的影响

为了研究弹丸转速对横向效应增强型侵彻体(PELE)侵彻钢筋混凝土靶横向效应的影响,运用ANSYS/LS-DYNA软件在着靶速度600、700和800m/s条件下,对具有不同转速的PELE侵彻钢筋混凝土靶进行数值模拟,并通过试验方法对不同着靶条件下的仿真模型进行验证。结果表明,开孔尺寸的数值模拟结果与实验结果之间的误差小于5%,仿真模型能够准确模拟PELE侵彻钢筋混凝土靶的过程;随着转速的不断提高,损失更多的转速动能转化为钢筋混凝土靶开孔破坏所需的能量,使钢筋混凝土靶的开孔尺寸增大;在同一着靶速度下,转速从10 000r/min提高至25 000r/min,开孔尺寸提高了约(8±2)%。因此,在同一着靶速度下,增加弹丸转速有利于提高PELE对钢筋混凝土靶的开孔尺寸。

集束钨丝壳体材料特性参数对PELE作用性能影响的数值模拟

为克服目前普遍采用的钨合金壳体横向效应增强型侵彻体（PELE）侵彻能力不足、靶后破片形状与数量不可控、横向毁伤效果不理想等不足,采用集束钨丝制作PELE壳体,并对其穿甲过程进行了数值模拟。与钨合金壳体PELE的作用效果进行对比,发现集束钨丝壳体PELE的侵彻能力和横向毁伤性能均优于钨合金壳体PELE;在本研究所采用PELE结构条件下,钨丝直径取0.5～1 mm、体积分数取40%～60%、粘结相选用镍铁合金时,集束钨丝壳体PELE综合毁伤能力较好。

分段PELE弹体冲击多层靶板数值分析

为了实现侵彻体对多层靶板的高效毁伤,采用数值模拟方法研究了分段式横向效应增强体(PELE)对4层金属靶的侵彻效应,获得了弹体侵彻速度和靶板厚度对弹体终点效应的影响。结果表明,分段PELE弹侵彻4层靶的靶后效果优于普通PELE弹。与金属杆相比,分段PELE弹侵彻多层靶后的弹孔直径更大。弹丸贯穿各层靶板后壳体的径向速度峰值随着靶板厚度的增加而增大,而壳体破碎长度并不随之线性变化。提高弹丸侵彻速度时,弹丸穿过第1层靶板后壳体破碎长度的变化趋势与径向速度峰值的变化相似,穿过第2层和第3层靶板后壳体破碎长度和径向速度峰值在侵彻速度为1.4km/s时达到极大值,随后下降,而穿过第4层靶板后壳体破碎长度和径向速度峰值随着初速度的增加而增大。

着速和靶厚对钢弹体PELE侵彻后效影响的实验研究

为了得出靶厚和着速对钢弹体PELE侵彻后效的影响规律,采用PELE实验弹以不同着速分别侵彻不同厚度钢板,并对后效靶上破片穿孔的数量和分布进行了分析。结果表明,在实验条件下,破片数量与着速和靶厚均有二次函数关系,破片飞散角与着速呈二次函数,但与靶厚呈线性减函数关系;着速对破片数量的影响要大于它对破片飞散角的影响;降低靶厚也利于增大破片飞散角。

PELE侵彻金属靶破碎效应的相似分析

为了研究横向效应增强型侵彻体(penetrator with enhanced lateral effects,PELE)侵彻金属靶板破碎效应的相似规律,选取PELE的壳体破碎长度和靶后破片散布半径作为衡量PELE破碎效应的两个物理参量,基于量纲理论对PELE破碎效应问题进行相似分析,应用AUTODYN软件开展了4组相似模型数值模拟,并进行了两组相似模型验证试验。研究结果表明:通过相似理论分析,确定了PELE破碎效应满足严格的几何相似律。在800~2000 m/s撞击速度范围内,归一化处理的壳体破碎长度和靶后破片散布半径数值模拟结果及试验结果与几何尺寸无关,仅随撞击速度的提升呈线性增长,从而证明了PELE侵彻金属靶的破碎效应满足几何相似律。

装填材料对PELE效应的影响

对装填不同材料弹芯的横向效应增强型侵彻体(PELE)侵彻靶板进行了数值计算,计算结果表明弹芯装填材料对横向效应有重要影响,给出了装填材料影响PELE横向效应的关键因素,随装填材料泊松比或弹性模量的增加,破片横向速度增大.结合数值计算,对PELE侵彻靶板进行了实验验证,实验结果与计算结果吻合较好.

小口径PELE作用薄靶板影响因素的实验研究

为了确定影响小口径PELE对薄靶板作用效果的关键因素，改变弹体材料、装填物材料、弹丸着速和着角，在12．7mm弹道枪上发射PELE对固定靶板进行撞击试验。试验结果表明，弹体采用压拉比高的材料时，PELE横向效应明显；在试验速度范围内，随着速的提高，PELE破片数量增多，横向效应增强；装填物材料对横向效应的主要影响因素是泊松比和弹性模量，而不是密度；在0°～45°范围内，随着角的增大，PELE横向效应增强。这些结论为小口径PELE的设计和运用提供了重要依据。

外壳材料对PELE作用效果的影响

为了研究外壳材料对PELE作用效果的影响,采用不同材料外壳的PELE垂直侵彻装甲钢靶进行试验研究和数值仿真。结果表明,外壳材料的密度和压拉比对PELE的毁伤效果产生重要影响。随外壳材料密度的增大,PELE的存速能力增强;随外壳材料压拉强度比的增大,破片横向效应显著增强。

PELE与动能弹侵彻有限厚混凝土靶比较研究

随着混凝土目标的大量涌现,弹体对混凝土靶的侵彻得到越来越多的研究和关注。运用理论分析和数值仿真相结合的方法,分析讨论PELE和动能弹以一定的初始速率垂直侵彻混凝土靶的动态过程,并将二者进行比较。结果表明,质量和口径相同的PELE和动能弹以相同的速度垂直贯穿混凝土靶后,PELE形成穿孔的直径明显大于动能弹,而动能弹的剩余能量明显多于PELE。此外,对特定的弹靶系统,要达成最大的穿孔直径,存在最佳的着速范围。

抗撕裂钢丝绳芯输送带的优化设计

研究横向增强体和覆盖胶对钢丝绳芯输送带抗撕裂性能的影响。结果表明,在钢丝绳芯输送带中设置横向钢丝绳作为抗撕裂层可显著提高输送带的撕裂强度,横向钢丝绳的直径和间距分别以2.0和20mm为宜;采用双纬向增强结构,将横向钢丝绳与纵向钢丝绳进行捆绑,可进一步提高钢丝绳芯输送带的抗撕裂性能。

小型PELE尾翼设计的试验研究

围绕小型PELE研究过程中出现弹丸飞行不稳定的问题,针对PELE弹丸的特点,加装与之相适应的尾翼使之达到稳定飞行的目的。通过试验验证,对高速摄影捕捉到的影像进行分析发现该尾翼能够满足发射强度、飞行稳定以及在撞击目标后能够有效脱落。

抗冲击防撕裂织物芯输送带的研制

介绍了抗冲击防撕裂织物芯输送带的研制,主要包括骨架材料和横向增强层(防撕裂层)的选择;覆盖胶、贴胶和粘合贴胶配方设计及实际生产工艺。经试验测试,产品性能符合Q/FX012-2002标准。该产品己获国家专利。

均匀设计法在建立PELE爆裂效应关系模型中的应用

为了研究钢壳体PELE爆裂效应与影响因素之间的数学关系,对钢壳体PELE侵彻钢板进行了数值仿真和试验。采用均匀设计法设计仿真工况,将仿真结果进行回归分析,得出爆裂效应与影响因素之间的数学关系式,实弹侵彻实验结果与仿真结果基本吻合。研究表明,影响因素均与壳体爆裂长度成非线性关系,增大靶板厚度、弹芯长度和着速或减小壳体厚度均有利于提高钢壳体的爆裂效应。相关结论为PELE的工程设计和应用提供了理论基础。

PELE侵彻复合装甲数值模拟

为了探究横向增强型侵彻体(PELE)侵彻复合装甲后的毁伤效果,采用显式非线性动力分析软件AUTODYN,对装填特氟龙(聚四氟乙烯)的侵彻膨胀弹以900 m/s着靶速度侵彻复合靶板的过程进行了数值模拟,得到PELE弹对复合靶侵彻破坏效应及相关参数。结果表明:聚碳酸酯(玻璃纤维)、聚氨酯(泡沫塑料)与凯夫拉复合装甲的结构均被PELE的横向效应所破坏;复合装甲的夹心材料不同,靶板的破坏程度也不尽相同;复合装甲能对PELE的横向效应起到一定的抑制作用,而凯夫拉材料抑制作用较好。

轻金属填充材料PELE的数值仿真研究

为了研究铝镁等轻金属作为弹芯对横向效应增强型侵彻体(PELE)的影响,采用显式非线性动力分析软件AUTODYN对内装不同轻金属材料弹丸进行侵彻靶板数值模拟,获得了不同弹体对靶板的毁伤效应。结果表明:填充材料硬度越低,PELE壳体残留越少,锂镁合金适宜作为PELE的填充材料。

PELE侵彻破坏钢筋混凝土靶的数值计算与试验

采用ANSYS/LS-DYNA 3D软件,对横向效应增强型侵彻体(PELE)侵彻破坏钢筋混凝土靶进行数值计算,得到PELE弹对钢筋混凝土靶侵彻破坏效应及开坑直径、崩落直径、通孔直径、钢筋断裂等参数。为验证数值计算结果,利用火炮进行了试验,试验结果与计算结果吻合良好,并利用实验结果进一步分析了高速撞击条件下PELE弹侵彻破坏钢筋混凝土的能力、PELE的横向效能、弹体变形和破坏等问题。