周向多线性爆炸成型弹丸技术研究现状与发展

传统的破片式防空反导战斗部爆炸后产生的破片杀伤元数量虽多,却不能有效击毁来袭的不敏感弹药,存在威力不足问题,因而限制了其发展。周向多线性爆炸成型弹丸(multiple linear explosively-formed projectile,MLEFP)战斗部爆炸后在周向产生多个高速、大质量、大长径比的对折型线性爆炸成型弹丸(linear explosively-formed projectile,LEFP),具备击穿、击爆厚壁壳体不敏感弹药的能力,因此在中近程防空反导作战中具备广阔的应用前景。从线性毁伤元的发展和对折型LEFP的成型技术出发,重点分析了炸药装药、药型罩等关键部件影响线性毁伤元成型的研究成果,对比了3种毁伤元初速工程计算模型的理论依据、优缺点等,概括了近年来对折型LEFP侵彻试验结果,最后总结了周向MLEFP战斗部及其毁伤元未来的发展方向。

药型罩结构参数对周向多线性爆炸成型弹丸成型及侵彻能力的影响

为了提高周向多线性爆炸成型弹丸(MLEFP)战斗部的毁伤效能,基于瞬时爆轰假设,通过ANSYS/LSDYNA软件对周向MLEFP成型过程进行数值模拟计算,得到线性爆炸成型弹丸(LEFP)的成型效果、飞行速度与药型罩壁厚梯度、最大壁厚及曲率半径之间的关系,并对药型罩的结构参数进行了正交优化,获得了一组使LEFP成型效果最佳的参数组合,对优化后的LEFP飞行速度进行了理论计算,并对其进行了侵彻靶板模拟,验证正交优化结果的准确性。结果表明,当药型罩长度为74mm、壁厚梯度为1.2mm、最大壁厚为2.95mm、曲率半径为131.5mm时,侵彻体成型效果最好。

药型罩曲率半径对周向线性多爆炸成型弹丸成型性能及毁伤效应的影响

为了研究药型罩曲率半径对周向线性多爆炸成型弹丸(multiple explosively formed projectiles,MEFP)的成型性能以及毁伤效应的影响,使用仿真软件LS-DYNA模拟了具有不同曲率半径的周向线性MEFP的成型过程;并通过战斗部试验验证了曲率半径对周向线性MEFP的毁伤效应的影响规律。数值模拟以及战斗部试验结果表明:调整药型罩半径与装药直径比值在1.0~1.2之间时,弹丸的长径比更大,压合程度更高,穿靶率也更高。依据仿真及试验结果,在药型罩其他参数不变的情况下,调整药型罩半径与装药直径比值在1.0~1.2之间时可形成长径比更高的密实弹丸,从而进一步提高周向线性MEFP的毁伤效应。

线性爆炸成型弹丸药型罩翻转速度研究

鉴于线性聚能装药在民用和军事领域的广泛用途,本文在顶面中心线同时起爆方式下,将线型聚能装药形成爆炸成型弹丸的三维问题简化为二维问题。给出了楔形药型罩翻转速度的计算公式,并编制算例计算了罩顶和罩底微元的翻转速度,同时结合算例拟合出不同张角下药型罩翻转速度沿母线的分布规律,为线性爆炸成型弹丸的设计提供一定参考。

药型罩曲率半径对周向MLEFP成型的影响

为提高周向多爆炸线性成型弹丸的毁伤性能,用ANSYS/LS-DYNA有限元软件计算了药型罩曲率半径对周向MLEFP成型的影响。通过对成型后LEFP性能的统计分析,得出了药型罩曲率半径对周向MLEFP成型性能的影响规律。结果表明:在爆炸载荷作用下,新型周向式MLEFP战斗部结构能够在四个方向上形成具有一定速度和长度的线性爆炸成型弹丸,可以实现从四周进行近距离拦截和引爆来袭弹药、毁伤轻型装甲目标的目的;而且当药型罩曲率半径与装药直径比率取0.6～0.8时,形成的LEFP速度高,密实度好,集群毁伤效能好。

周向MLEFP成型过程的数值计算

为提高周向多线性爆炸成型弹丸的毁伤性能,用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对周向MLEFP成型过程进行计算。通过对成型后LEFP性能的统计分析,得出装药长径比对周向MLEFP成型性能的影响规律。结果表明,在爆炸载荷作用下,周向MLEFP装药结构能够在四个方向上形成具有一定速度和长度的线性爆炸成型弹丸,可以实现从四周进行近距离拦截和引爆来袭导弹、毁伤轻型装甲目标的目的;当装药长径比取1.0≤L/D≤1.5时,形成的LEFP速度高,密实度好,集群毁伤效能好。

药型罩壁厚对周向MLEFP成型影响的数值模拟

为提高防空反导弹药和反轻型装甲目标弹药的毁伤效能,提出了一种新型周向多线性爆炸成型弹丸(MLEFP)战斗部结构。在应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟MLEFP战斗部形成过程的基础上,分析了药型罩壁厚对周向MLEFP成型的影响规律。结果表明,在爆炸载荷作用下,新型周向MLEFP战斗部结构能够在4个方向上形成具有一定速度和长度的线性爆炸成型弹丸(LEFP),具有命中精度高、毁伤概率大、后效显著的特点,可以实现从四周进行近距离拦截和引爆来袭导弹、毁伤轻型装甲目标的目的,当药型罩壁厚与装药直径比取为0.05≤δ/D≤0.062时,形成的LEFP速度高、密实度好、毁伤效能好。

两端起爆下曲率药型罩线性装药的成型特性（英文）

为提高线性爆炸成型弹丸(LEFP)的威力,设计了一种带曲率结构的药型罩线性成型装药。采用数值模拟方法研究了两端起爆下LEFP成型过程及曲率半径对其影响规律,并进行了脉冲X光试验。结果表明,两端起爆时爆轰波对碰,使爆轰波有效地向LEFP运动方向汇聚,有利于曲率药型罩闭合,但曲率半径越大,越难闭合。LEFP稳定时形态良好,头部速度可达2 100m/s,药型罩利用率约87%,试验结果验证了两端起爆下曲率药型罩线性装药形成大威力LEFP的可行性和有效性。

两种结构药型罩对MLEFP成型及毁伤效能的影响研究

为提高爆炸成型弹丸(EFP)的毁伤效能与拦截概率,衍生了一种新型破甲战斗部—线性周向爆炸成型弹丸(MLEFP),为提高药型罩的毁伤效能,对药型罩进行结构优化,设计出变壁厚球缺形药型罩与变壁厚大锥角形药型罩。利用Autodyn软件对两种结构的药型罩的成型过程进行数值模拟,并通过试验验证变壁厚大锥角形药型罩的毁伤能力。结果表明,在爆炸载荷的作用下,周向MLEFP装药结构可以形成具有一定速度和长度的闭合的线性爆炸成型弹丸,可以实现近距离拦截和引爆来袭导弹、毁伤轻型装甲的目的;当药型罩采用大锥角形结构时,其头部速度明显高于球缺形结构,毁伤效能更好。

周向毁伤线性聚能战斗部威力的仿真

为提高线性爆炸成型弹丸的毁伤概率,提出一种新型战斗部结构。应用ANSYS/LS-DYNA软件完成了爆炸载荷下战斗部的数值模拟。结果表明,该战斗部能够按照预期设想,在四个方向上形成具有一定速度的线性爆炸成型弹丸,实现周向毁伤,形成的线性爆炸成型弹丸可用来对付防护网、通电墙、车辆等目标,并具有一定的毁伤能力。研究结果为线性聚能装药结构的研究提供了一种新的选择。

基于LEFP拦截高速动能弹的建模及仿真

提出采用一种新型高效战斗部LEFP来拦截高速动能弹,并介绍其工作原理及过程、建立拦截模型和分析受随机因素干扰的观测值。运用MATLAB对模型进行了仿真和分析,通过蒙特卡洛法将随机抽样的误差值加入标准量得到观测值,再利用最小二乘法进行拟合,计算LEFP发射时刻以及拦截概率。通过相关参数配置,分析各随机误差对拦截概率的影响,并对比了未经修正数据计算出的拦截概率。结果证明了此拦截模型建立的可行性、正确性与有效性。为研制和使用LEFP拦截高速动能弹的新型主动防护系统提供技术支持和理论参考。

基于代理模型的LEFP结构优化与仿真

为了研究装药结构参数对线性爆炸成型弹丸成型和侵彻性能的影响,优化线性聚能装药结构,利用自编程序对壳体平台长度、药型罩壁厚及曲率半径进行均匀拉丁方实验设计,采用ALE算法对样本点进行数值计算,构建了LEFP比动能、速度、总动能关于3个结构参数的三阶响应面模型,建立LEFP结构优化代理模型,并采用遗传算法自编程序对LEFP代理模型进行优化。研究结果表明:所构建的响应面模型能够精确预测优化目标的响应值;壳体平台长度是影响弹丸比动能大小的最为主要的因素;优化后的LEFP贯穿靶板后速度及弹丸剩余动能增加明显,侵彻能力优化效果显著。

LEFP对杆式穿甲弹干扰的数值模拟

采用ANSYS/LS-DYNA软件对不同拦截角度、不同药型罩锥角和不同药型罩壁厚下线性爆炸成型侵彻体(LEFP)干扰杆式穿甲弹以及被干扰后侵彻靶板的全过程进行了数值模拟,分析了LEFP干扰杆式穿甲弹的影响因素。结果表明,拦截角度、药型罩锥角和壁厚的变化均对干扰效果造成了较大影响,LEFP的干扰效果随着药型罩锥角和壁厚的增加都是先增加再减小,当锥角为120°、药型罩壁厚为3mm时对杆式穿甲弹的干扰效果最佳,防护效果最好;其中拦截角度对于干扰效果的变化没有明显的规律,LEFP与弹杆夹角为82°时对后效靶板的穿深为25mm,与无干拢的情况相比降幅最大。