横向效应增强型侵彻弹横向增效机理数值模拟

为研究横向效应增强型侵彻弹(Penetrator with Enhanced Lateral Effects,PELE)的爆炸特性,采用AUTODYN-2D和无网格SPH算法建立弹体和弹靶的计算模型并模拟PELE侵彻铝合金靶的过程;通过不同的弹芯材料研究PELE侵彻铝合金靶后的飞散特性.结果表明,在PELE侵彻靶板过程中,弹芯被高度压缩从而产生巨大的压力,导致弹体在侵彻过程中就开始破碎并侧向飞散;在穿透靶板后由于弹体内产生的拉伸应力波导致弹体继续破碎,破片以一定的飞散角度向前飞行,飞散角度超过50°,对靶后目标具有较大的杀伤范围.

横向效应增强型弹垂直侵彻薄靶的轴向剩余速度理论分析

为了得到横向效应增强型弹(Penetration with Enhanced Lateral Efficiency projectile,PELE)对金属薄靶垂直侵彻后的弹体轴向剩余速度,运用平面冲击波理论,对PELE的侵彻机理进行分析。参照平头弹体对靶板的侵彻模型,将PELE侵彻过程中的能量损失划分为以下几个部分:外壳体和内芯撞靶区域对应的环形塞块获得的能量、冲击波作用下弹体的内能增量以及剪切耗能等。然后根据能量守恒原理,得到PELE垂直侵彻金属薄靶后的PELE弹体轴向剩余速度的理论模型。为了验证该模型的合理性和准确性,设计相应的试验进行验证。结果表明,不同条件下得到的试验结果和理论模型得到的计算结果均吻合得较好。因此,得到的PELE垂直侵彻薄靶的轴向剩余速度理论模型可为工程应用提供指导和参考。

着速和弹靶厚度对PELE横向效应的影响

弹靶参量是影响PELE后效的重要参数,为分析着靶速度、弹丸壳体厚度、靶板厚度对PELE横向效应的影响,通过建立PELE垂直侵彻金属薄靶板的理论模型,阐明横向效应的产生机理;利用有限元软件AUTODYN对横向效应增强弹撞击金属薄靶的过程进行数值模拟。结果表明:在着速为900~1400m/s范围内,提高着靶速度,PELE穿靶后外壳径向速度增大;弹丸壳体厚度在1~3.5mm范围内,弹丸的横向效应随着壳体厚度的增大而减弱;在一定靶板厚度范围内,随着靶板厚度的增加,弹丸的轴向消耗相应增加。

PELE侵彻10 mm厚均质装甲钢的极限穿透速度和后效研究

为了研究小口径集束钨丝壳体PELE对10 mm厚均值装甲钢的极限穿透速度和穿靶后的后效情况,应用PELE垂直侵彻薄靶的理论模型对直径23 mm集束钨丝PELE侵彻10 mm厚均质装甲钢进行了理论计算,利用23 mm口径弹道炮进行了侵彻试验研究。研究结果表明:弹丸侵彻10 mm厚均质装甲钢的极限穿透速度为623.7 m/s;当着靶速度为685.2 m/s以上时,该弹丸侵彻10 mm厚均质装甲后可产生良好的横向效应,试验结果和理论计算结果基本吻合。

钢筋混凝土靶厚度影响PELE侵彻效果的数值分析

为研究钢筋混凝土靶厚度对横向效应弹(Penetrator with Enhanced Lateral Effect,PELE)侵彻效果的影响,采用ANSYS/LS-DYNA3D软件,对PELE侵彻破坏不同厚度的钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)靶进行了数值计算。计算结果表明:利用质量和结构都相同的PELE以800 m·s-1的速度垂直撞击混凝土靶板,PELE可最大穿透80 cm厚的靶板,在该范围内,靶板由薄变厚时,弹体破碎愈加严重,弹体剩余轴向速度逐渐降低;对靶的侵彻随靶厚的增加,靶破坏效应先增强,然后减弱;当靶厚超过80 cm时,弹体的动能全部消耗于侵彻过程中。为验证仿真结果,进行了实弹实验,实验结果也表明:对靶的侵彻随靶厚的增加,破坏效应先增强,然后减弱,35 cm厚的靶板破坏最严重;验证了模拟结果的正确性和可靠性。

陶瓷外壳材料对PELE作用性能的影响

根据横向效应增强型侵彻弹(PELE)和陶瓷材料的特性,提出了用增韧处理过的A l2O3陶瓷做为PELE弹体的设想,并运用LS-DYNA软件对外壳材料为陶瓷的PELE侵彻靶板进行了数值计算。计算结果表明,陶瓷外壳的PELE在1280m/s的速度下穿透2mm装甲钢薄靶板后能够产生明显的横向效应。相对于普通金属外壳PELE,陶瓷PELE具有质量轻便、价格低廉、易于大量装备等优势。