封闭空间内活性毁伤元战斗部爆炸载荷特性研究

为探明活性毁伤元战斗部封闭空间爆炸载荷特性,开展了活性毁伤元战斗部、惰性战斗部和裸装药的舱内爆炸对比试验,结合高速数据采集系统和三维扫描技术,分析了不同类型战斗部的舱内爆炸压力、温度、受载结构的变形响应和活性材料的能量释放特性,结果表明活性毁伤元战斗部大幅度提高了舱内的准静态压力、温度峰值和受载结构的残余变形,相较于惰性战斗部和裸装药,爆炸压力、温度和结构残余变形最大提高了79.7%、93.6%和62.1%。此外,活性材料能量释放速率、能量释放量与爆轰能量之间呈现正相关关系,其中能量释放量随着爆轰能量的增大出现收敛现象。最后基于活性毁伤元战斗部载荷特性以及金属薄板的爆炸响应规律,发现活性材料的持续释能现象导致舱内准静态压力和结构在1 ms内所受冲量大幅度增加,两者共同影响结构的残余变形。

含能毁伤元冲击引爆模拟战斗部试验研究

为提高战斗部的毁伤效能,对氟聚物基含能反应材料进行了研究。对氟聚物基含能材料配方改进并制备了一种Φ26mm×60mm的含能毁伤元。将含能毁伤元装入特定结构壳体后进行了冲击引爆模拟战斗部试验。采用高速录像观察含能毁伤元冲击侵彻模拟战斗部后的爆炸情况并测试爆炸后空气冲击波超压。考察了含能毁伤元不同速度下对B炸药和PBX-9404炸药的引燃引爆能力。设置了B炸药模拟战斗部静爆试验作为对比。在试验的基础上,通过测量爆炸后空气冲击波超压进行了TNT当量等效对比分析。试验研究表明,在735m·s^(-1)的侵彻速度下,氟聚物基含能毁伤元可冲击引爆B炸药模拟战斗部。在962m·s^(-1)的侵彻速度下,能引发PBX-9404炸药模拟战斗部爆燃反应。

拦截器毁伤元囊式发射系统内弹道过程数值仿真与试验研究

针对拦截器毁伤元囊式发射系统内弹道问题,采用数值模拟与试验相结合的方法进行了研究。首先探讨了拦截器囊式发射系统的结构和工作原理;利用经典内弹道理论建立其抛射过程的内弹道模型,根据气囊膨胀过程的特点建立了气囊容积及有效推力面积模型;数值仿真及地面试验研究结果验证了模型的合理性,为拦截器囊式发射系统结构设计提供了理论研究方法。

毁伤元与空中目标的动态交会建模

提出了进行毁伤元与空中目标动态交会分析的必要性 ,详细建立了毁伤元与空中目标的动态交会数学模型 ,具体给出了命中目标时毁伤元各参量的求解方法 ,为正确计算单发导弹杀伤概率 ,分析机载导弹武器系统作战效能奠定了基础。

携带不同毁伤元的舰炮弹丸对反舰导弹的毁伤仿真分析

舰炮反导技术是当前各国海军研究的热点,其中舰炮弹药的毁伤能力是反导效果评估的重点之一。以携带不同毁伤元的舰炮弹丸在近炸模式下对反舰导弹的毁伤为研究方向,阐述了反舰导弹物理等效模型的建立方法及原则,分别针对两种不同的毁伤元(破片及离散杆)对导弹战斗部舱的毁伤进行了有限元仿真及毁伤效果分析。本研究对于进一步对反舰导弹的毁伤效果分析以及提高舰炮弹丸的毁伤能力提供了理论参考。

装药爆轰控制结构参数对双模毁伤元的影响

成型装药中装药爆轰控制结构参数对爆轰波的传播和双模毁伤元的成形有着重要影响,应用LS-DYNA仿真软件,研究了装药口径110 mm、JH-2炸药条件下隔板参数（隔板直径、隔板厚度、隔板锥角）、装药结构参数（装药高度、小药片高度）对于EFP和JPC双模毁伤元成型的影响规律,确定了各参数的最佳取值范围,其中隔板直径、厚度分别取为0.8～0.87和0.08～0.12倍装药口径,隔板半锥角取52°～60°,装药高度、小药片高度分别取1.1～1.2和0.06～0.12倍装药口径。结合正交设计方法确定了最佳装药爆轰控制结构参数组合： 隔板直径、厚度和半锥角分别取0.91、0.07倍装药口径和52°,装药和小药片高度分别取1.14和0.1倍装药口径,壳体厚度取0.09倍装药口径。进行了X光摄影试验验证,数值模拟和试验结果吻合较好。

基于椎体空间的无人机毁伤元密度分析

中大口径先进撞击效率与摧毁炮弹具有弹道性能好、弹幕散布面积大等优点,然而椎体内部空间各位置点的弹片密度均不相同。对无人机位于椎体空间中各点时被命中的毁伤元数量进行实验分析。实验结果表明,在距离开舱点350 m时,七连发射击该椎体区域内的毁伤元数量能够满足毁伤要求,所得结果能够为抗饱和攻击以及单火炮同时毁伤多空中目标的需求提供数据参考和依据。

基于钽球缺药型罩的多模式毁伤元成型规律

为研究钽球缺药型罩毁伤元成型规律,通过爆轰波碰撞理论和马赫高度计算模型分析了起爆半径对毁伤元成型的马赫超压和马赫高度的影响;利用LS-DYNA有限元程序研究了钽球缺药型罩结构参数(内曲率半径、外曲率半径、罩壁厚)对毁伤元成型的影响。结果表明,中心单点起爆可以形成EFP,环起爆半径为0.8倍装药半径可形成杆式EFP;毁伤元速度和密实度与药型罩内曲率半径呈正相关,与药型罩外曲率半径和药型罩壁厚呈负相关,毁伤元长径比与药型罩内外曲率半径以及壁厚呈负相关;在药型罩内曲率半径R1和外曲率半径R2关系为1.04<R2/R1<1.08,药型罩壁厚在0.036~0.040倍装药直径的条件下,可形成两种模式的较优侵彻体,杆式EFP对45#钢靶的侵彻深度比EFP提高了71.9%。

双模毁伤元JET&JPC转换成型机理研究

针对双模毁伤元JET和JPC转换成型问题,理论计算点、环两种不同起爆方式下爆轰波的作用过程,采用LS-DYNA仿真软件计算分析了起爆方式、装药结构、药型罩结构对双模毁伤元JPC和JET成型的影响,并正交设计双模毁伤元JET和JPC。研究表明:双模毁伤元JPC和JET成型差异显著,70μs时刻JPC毁伤元头部速度5268m/s,长径比9.06;JET毁伤元头部速度8353m/s,长径比25.73;双模毁伤元速度差达到3085m/s,长径比比值达到2.84倍。

反导毁伤元头部形状对目标穿甲毁伤效应的影响

利用有限元方法动态分析了不同形状的毁伤元对反舰导弹的穿甲毁伤效应。计算结果表明:相同初速相同质量的毁伤元穿透导弹引战系统靶板后,尖头毁伤元的剩余动能大于平头毁伤元的剩余动能。

超近程拦截系统中毁伤元的最佳延时起爆时间的控制

为了准确计算毁伤元延时起爆时间、提高超近程系统拦截空中目标的有效性,采用线性切割器作为毁伤元,且研究线性切割器的原理及特点,在地面坐标系中建立线性切割器和目标的运动模型。通过对模型的计算及分析得到毁伤元最佳起爆延时时间段,它对超近程反导的弹目交汇时间计算有一定的指导意义。同时得到在最佳起爆延时时间段对线性切割器的射角及时调整可以更有效的拦截目标。

起爆方式对双模串联毁伤元成型及侵彻性能影响的数值模拟

针对同一成型装药形成多模式毁伤元问题,设计了一种同轴放置的三层球缺药型罩战斗部。运用软件ANSYS/LS-DYNA对不同起爆方式下三层球缺药型罩形成不同模式的毁伤元进行数值仿真,对比分析了它们的成型及侵彻性能。结果表明:在该成型装药下,通过改变起爆方式,可以得到爆炸成型弹丸(EFP)和聚能杆式侵彻体(JPC)两种不同模式的毁伤元;其中,三层串联JPC的长径比是三层串联EFP长径比的3. 4倍,且头部速度提高40. 9%。两种模式的毁伤元均可穿透5层15 mm厚的间隔钢靶板,但三层串联JPC穿透靶板后的剩余头部速度较三层串联EFP提高53. 5%,且它的剩余动能是三层串联EFP的11. 4倍。与三层串联EFP相比,三层串联JPC的飞行速度更高、长径比更大、侵彻能力更强。可为不同模式的多层毁伤元研究提供基础。

预制破片对复合毁伤元战斗部发散角的影响

为了对复合战斗部预制破片发散角进行有效控制,应用ANSYS/LS-DYNA 3D非线性有限元仿真软件,研究预制破片类型、直径、材料、间距等对复合毁伤元破片场的影响,并对确定的结构进行试验验证。结果表明,采用球形破片能够得到内、外分布均匀的破片场。研究破片材料、直径、间距对复合战斗部预制破片发散角的影响,得到了复合战斗部基本结构:球形破片材料选择钨合金,破片直径为10 mm,内、外圈破片间距为1 mm。对设计的复合战斗部进行静爆试验,试验结果与仿真结果基本一致。

旋飞切割毁伤元形成过程的数值分析

研制坦克装甲车辆主动防护系统,可以有效拦截反坦克导弹、火箭弹、破甲弹等低速、活性战斗部弹药。但还不能有效拦截飞行速度高达1500m/s以上的尾翼稳定脱壳杆式穿甲弹等惰性战斗部弹药。在对杆式穿甲弹的低易损性特征分析的基础上,提出了一种旋飞切割式拦截杆式穿甲弹的新型毁伤元。为了解决旋飞切割毁伤元的瞬时形成问题,根据毁伤元的形成要求,建立了驱动装置内旋飞运动的高压驱动模型,理论计算与有限元仿真相结合的方法分别对其形成过程进行数值分析。分析结果表明在1m/s内该毁伤元的旋飞速度与转速能够达到理想值。为旋飞切割毁伤元飞盘和高压驱动装置的结构设计提供了理论依据。

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。

预制破片-EFP双毁伤元聚能装药性能研究

设计了一种可形成尾翼EFP和破片两种毁伤的聚能装药结构,利用LS-DYNA有限元分析软件对比分析选用钨球、钢球、铜球3种材料预制破片所形成双毁伤元威力的影响,并通过试验测试其侵彻性能。结果表明:药型罩下边缘粘附球形破片可形成带尾翼的EFP和具有高初速的破片群;带尾翼EFP的长径比较传统EFP提高30%,并且具有良好的密实性;钢球和药型罩结合的双毁伤元聚能装药形成的破片能量最高,钢球速度比钨球提高125%、比铜球提高10%,试验结果与仿真结果一致,说明仿真结果可靠。

多模毁伤元成型及侵彻的数值模拟研究

为实现“一弹多用”的战术目的,提出一种多模战斗部。战斗部外层采用高爆速炸药、内层采用低爆速炸药的复合聚能装药结构,通过改变起爆点的位置,改变作用于药型罩的爆轰波形状,并利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件研究内、外药型罩罩顶壁厚匹配对PELE/EFP多模毁伤元成型及侵彻性能的影响规律。结果表明:带隔板聚能装药结构可有效实现PELE/EFP多模毁伤元的转换,当外层药型罩罩顶壁厚为0.037CD时,多模毁伤元成型及侵彻效果最优。

不同结构参数对组合药型罩水中毁伤元的影响

组合药型罩形成的毁伤元在水中侵彻能力大大加强,设计一种锥-球组合的药型罩,分析不同结构参数对锥-球组合药型罩形成的水中毁伤元的影响,确定3种不同装药结构分别为锥罩角度、锥罩壁厚、装药长径比进行数值模拟。研究表明,在研究的范围内,当长径比达到1.4以上时,水中毁伤元的头部速度变化不明显;在锥罩角度为56°时,水中毁伤元头部速度最大;锥罩壁厚为2 mm时,水中毁伤元的综合性能表现优异。

惯性激发式含能毁伤元起爆特性研究

为提高防空反导战斗部的毁伤效能,设计了一种惯性激发式含能子弹毁伤元。针对两种不同惯性体结构,进行了弹丸弹道发射撞击起爆试验,获得了两种结构弹丸的起爆时间。实验结果表明,相对于平头惯性体结构,双锥形的结构更有利于弹丸的有效激发。双锥形惯性体弹丸能够完成靶后释能的毁伤目标。分析了着靶速度对起爆特性的影响规律,为后续低速易起爆机理研究积累了数据。

后效毁伤增强聚能战斗部设计与试验

为增强聚能战斗部的后效毁伤能力,设计一种金属药型罩与PTFE/Al反应材料相结合的后效毁伤聚能战斗部,并通过数值仿真进行改进与分析;开展后效毁伤战斗部静爆试验,并结合数值仿真对含能毁伤元的成型、侵彻和后效作用过程进行研究。研究结果表明:通过加装挡环可以有效调整PTFE/Al在成型过程中的位置,使其位于惰性弹丸之后;相较于单一惰性药型罩聚能装药,在原有破甲能力基础上,破甲后的空气冲击波强度明显增强,后效毁伤能力提升显著;反应材料在靶板内的反应扩孔作用是削弱后效冲击波强度的主要原因,适当提高反应材料的反应阈值可增强后效冲击波强度;综合分析影响毁伤性能的因素,认为半Cu罩结构的毁伤效果更好。研究成果可为增强聚能战斗部后效毁伤能力的设计提供重要参考与数据支撑。