结构复合含能破片对柴油油箱的引燃试验研究

围绕Al/PTFE含能材料及其结构复合含能破片对柴油目标的引燃性问题,分别用动态冲击试验和枪发射试验研究了Al/PTFE、铝热剂及其混合配比材料的冲击反应特性及结构复合含能破片对柴油油箱的引燃性能。结果表明:Al/CuO比Al/PT-FE具有更低的反应激发速率,通过在Al/PTFE中添加Al/CuO能显著降低含能材料的冲击反应阈值。枪发射引燃柴油试验显示,分别以Al/PTFE、Al/PTFE-Al/CuO和Al/PTFE-2Al/CuO作为内部装料时,复合破片对柴油油箱持续引燃的速度阈值分别为1246、1171、1098 m/s。混合配比含能破片具有更高引燃能力的原因在于Al/CuO的加入降低了含能材料的整体发火阈值,同时提升了Al/PTFE的释能效率。

含能破片冲击引爆屏蔽炸药研究

基于一维冲击波理论和Walker与Wasley的冲击起爆能量判据,对含能破片冲击屏蔽炸药过程进行了理论与数值分析。分别考虑了破片类型、破片尺寸和屏蔽壳厚度对冲击起爆的影响。结果显示,钢壳破片起爆能力优于铝壳破片,临界起爆速度随着含能材料直径的增长和屏蔽壳厚度的减小而降低;理论模型与数值计算结果吻合较好。由实验研究发现,与普通惰性破片的毁伤作用机理不同,含能破片主要是利用冲击波能量引发含能物质反应,反应释放的化学能与冲击波能量叠加对目标进行毁伤;能量输出方式主要为化学反应能。

含能破片引爆带壳炸药过程的数值模拟

将引爆模拟战斗部等效为带铝壳炸药，设计了一种新型含能破片作为毁伤元，利用非线性有限元LS-DYNA软件对该含能破片侵彻、引爆带壳炸药的作用过程进行了数值模拟。用“升降法”得到了该“含能破片”对不同盖板厚度带壳炸药的引爆速度，同时与普通破片引爆同规格带壳炸药进行了对比，并进行了实验验证。结果表明，通过控制含能破片的撞击速度和含能物质的延迟起爆时间，可有效引爆盖板厚度为8～16mm的带铝壳炸药。

含能破片对柴油箱的引燃破坏效应

针对普通破片对柴油箱的引燃破坏效果较差,为了开发针对油箱类目标的新型弹药,文中建立了含能破片击中油箱油层时,油箱内的油气浓度计算模型,分析破片对柴油箱的引燃效果,并用实验加以验证,研究表明:油箱内的油气浓度随破片速度的提高而降低;破片击中油层时,油箱内的油气浓度高于柴油的引燃极限浓度,油箱不能被引燃,破片对油箱的破坏方式,主要表现为水锤效应对油箱壳体的撕裂。

含能破片对运动靶的侵爆行为

为研究含能破片对运动靶板的侵爆行为,运用AUTODYN-3D软件对其以不同着角侵彻运动靶进行数值模拟。结合试验结果和文献验证了模型的有效性,计算了含能破片对运动靶的侵爆行为。结果表明,与侵彻静止靶相比,含能破片侵彻运动靶时,破片发生明显偏斜,且穿孔直径变化明显;破片剩余速度随靶板运动速度的增加而降低,随着角的增大而下降,降幅范围56.25%~77.5%;破片侵彻运动靶时含能材料内部应力峰值较静止靶变化幅度不大,几乎为直线,着角不同,含能材料应力峰值差异显著,最大峰值差异达5.2GPa。非零着角下,靠近着靶点处的含能材料不易发生爆燃。

弹靶参数对含能破片冲击起爆屏蔽装药的影响

为了研究弹靶参数对含能破片冲击起爆屏蔽装药的影响,以Al/PTFE(26.5/73.5)活性反应材料制成的含能破片为研究对象,运用SPH算法分析了破片质量、几何形状,以及盖板厚度和材料因素对屏蔽装药冲击起爆的影响。结果表明:质量大的破片冲击起爆屏蔽装药的能力优于质量小的破片;圆柱体破片冲击起爆屏蔽装药的能力优于球形破片;较厚的盖板抗冲击起爆能力优于较薄的盖板;密度大或韧性大的盖板材料抗冲击起爆能力较佳。

柱形含能破片对带壳炸药引爆能力的数值模拟

针对来袭目标导弹战斗部通常靠高速破片冲击引爆战斗部从而达到毁伤效果,但是靠一味地增加破片速度来冲击引爆战斗部已经受到限制。对一种新型复合结构破片(即含能破片)引爆模拟战斗部进行了研究,基于平头柱形含能破片撞击带铝壳炸药的模型,采用数值模拟的方法,研究了含能破片引爆带壳炸药的基本规律,给出了柱形含能破片引爆带壳炸药的速度区间,结果表明含能破片可以大大降低引爆盖板装药的速度。

含能破片斜侵彻铝靶的装药冲击动态响应

为研究含能破片斜侵彻过程中的装药冲击动态响应,运用ANSYS/LS-DYNA软件对含能破片和铝靶建立有限元模型;通过对不同侵彻速度和着角时的含能破片侵彻铝靶的装药应力、应变及压力进行数值分析,获得含能破片的冲击动态响应规律。结果表明:在斜侵彻过程中,装药头部靠近靶板边缘所承受的压力最高,易使装药产生热点发生爆轰;破片的侵彻速度和着角大小对装药安定性具有一定影响。对含能破片结构设计和装药安定性研究具有一定的参考意义。

复合型含能破片冲击波起爆特性研究

为了解释冲击波对复合型含能破片内装药的起爆机理,建立了含能破片反射波冲击起爆理论模型,对含能破片的起爆阈值速度进行理论计算。对含能破片的撞靶过程进行数值模拟,分析了不同头部厚度、装药长度和破片直径对含能材料入射波和反射波起爆的影响。分析结果表明:含能破片反射冲击波起爆阈值速度比入射波低;破片壳体头部厚度只影响2种起爆方式的阈值速度,不决定装药的起爆方式,装药长度和破片直径之比k决定含能材料的起爆方式;不同的含能材料具有不同的临界值,当k小于临界值时,含能破片的临界起爆速度由反射波强度决定。2种起爆方式的毁伤模式有一定的差异,同时起爆方式也对释能时间有一定影响。

含能破片战斗部毁伤效应研究

为提高战斗部的毁伤效能,对含能破片战斗部开展了探索研究,介绍了含能破片战斗部的概念和特点,设计制备了Al/PTFE(聚四氟乙烯)质量比为30:70配方的含能破片战斗部,对2.5,10,20 mm钢质靶进行侵彻实验,研究了该含能破片对靶板侵彻能力及靶后毁伤效率。试验结果表明:50 mm口径含能破片战斗部穿透了20 mm厚钢质靶板,能够产生一定数量的冲塞破片,并可在靶后一定区域形成较强的冲击波超压。

含能破片撞击引燃屏蔽炸药的实验研究

为研究新型含能破片低速撞击并引燃屏蔽炸药的机理,对新型含能型破片进行了实验研究与理论分析。结果表明:含能破片对屏蔽炸药引燃的撞击速度为631～925m/s,远低于冲击起爆的阈值速度1450m/s,引燃机理为:含能破片冲塞后,破片内部的含能材料发生反应,释放大量的热,从而引燃炸药。

Ti/W/PTFE含能破片对金属靶毁伤研究

使用弹道枪发射含能破片,分别对6 mm铝/3 mm铝和6 mm钢/3 mm铝两种双层金属靶进行冲击实验;使用以6 mm铝、6 mm钢作为前靶板的密闭容器和压力传感器对含能破片在靶后释放的能量进行测定。结合一维脉冲理论和气体热力学方程,分析了含能破片的冲击反应条件和释能效应。实验结果表明,Ti/W/PTFE含能破片与钢破片侵彻能力相当,并具有很强的后效毁伤能力;与后效靶的毁伤与破片的速度和破碎程度相关,毁伤模式是动能侵彻和化学反应的联合作用结果,靶后产成超压效应。

含能破片撞击引燃柴油箱的理论及实验研究

针对惰性破片对柴油箱引燃效果较差的问题,为了开发针对柴油箱类目标的高效毁伤元,本文建立了含能破片击中柴油箱后,油箱内的油气浓度计算模型,通过分析含能破片速度变化对油箱内油气浓度的影响,并结合柴油被引燃的油气浓度范围,得出了不同类型含能破片引燃柴油箱最低速度的计算方法。研究表明实验与理论吻合较好,同时本文提出了含能破片的优化设计方案。

Al/PTFE制备工艺与含能破片燃烧效应

为研究Al/PTFE制备工艺与含能破片燃烧效应,采用粉末冶金方法制备了Al/PTFE含能破片,通过靶场试验验证Al/PTFE含能破片撞击Al板后的燃烧效应。结果表明:提高模压压力和通过烧结均能提高Al/PTFE材料的密度;Al/PTFE含能破片撞击目标并受到较大的挤压能使含能破片中的含能材料发生反应并放出热量,引燃浸有柴油的油布或油箱。

含能破片几何参数对临界冲击起爆速度的影响

为研究几何参数对爆炸型含能破片临界冲击起爆速度的影响,利用非线性有限元分析软件对平头圆柱形含能破片的冲击起爆过程进行数值模拟,得到炸药爆轰时的破片临界冲击速度及头部厚度、底部厚度和外径对临界起爆速度的影响。结果表明,破片的临界起爆速度随着头部厚度的增加而增加,而底部厚度和外径的增加都有助于降低其临界起爆速度值,相比破片的头部厚度和壁厚,破片底部厚度对其临界起爆速度的影响小得多。

含能破片技术与应用

对含能破片及其应用技术进行了探讨。阐述了含能破片的毁伤原理、结构组成、国内外的发展情况,以及含能破片技术应用研究方面的情况。分析了制约含能破片工程化应用的关键技术,指出了含能破片的研究方向。

含能破片冲击起爆临界条件研究

对不同外壳材料的含能破片冲击起爆的阈值速度进行了理论计算,运用LS-DYNA数值模拟获取了不同壳体材料、长径比、头部厚度与直径比的起爆临界条件,建立了包含破片直径、头部形状、靶体材料以及壳体材料的经验表达式,结合实验重点分析了不同结构及材料的含能破片冲击起爆趋势.结果表明,利用该式能较准确地计算含能破片冲击起爆的临界条件,破片的长径比、壳体材料将影响冲击起爆阈值速度,在设计含能破片时要尽量增大长径比以及选择高密度、高性能材料.

Zr_(77.1)Cu_(13)Ni_(9.9)非晶合金破片侵彻LY12铝合金及TC4钛合金靶板毁伤后效及机理对比研究

锆基非晶合金是极具发展潜力的含能结构材料,由其制备的破片侵彻不同材质装甲时,会表现出显著不同的毁伤效果.本研究中利用弹道枪发射装置,针对Zr_(77.1)Cu_(13)Ni_(9.9)非晶合金破片,以1200 m/s速度分别侵彻8 mm厚LY12铝合金和TC4钛合金屏蔽靶,结合高速摄影技术比较了破片碎裂形成碎片云并造成毁伤后效的过程;同时基于FEM/SPH自适应耦合法,再现了破片对两类屏蔽靶开坑、稳定侵彻、穿透等系列阶段,以及碎片云形成的复杂物理过程,揭示了其对后效靶的毁伤机理.结果表明,由于TC4钛合金相比LY12铝合金具有更高的强度,穿透TC4屏蔽靶所需的时间更长,且靶板内最大等效应力是后者的3倍左右;破片在侵彻TC4屏蔽靶时与靶板间发生了更强的相互作用,使得破片前端出现更大面积的高应变区域,由此导致破片发生了更严重的破碎并产生分布范围更大的碎片云,从而在后效靶上产生更大面积的损伤.

典型破片撞击起爆屏蔽B炸药阈值研究

针对钨合金破片、PTFE基含能破片和Zr基非晶合金含能破片撞击起爆屏蔽B炸药阈值问题,开展了弹道枪实验。结果表明,在实验中的弹靶条件下,上述3类破片的起爆速度阈值分别为1957、1717和1680 m/s。2类含能破片均能产生起爆增强效应,Zr基含能破片的起爆能力更强。标定了速度阈值计算模型中的关键参数,解耦了含能破片终点毁伤过程中动能和化学能占比。该研究结果可为杀伤战斗部破片选型和威力设计提供依据。

含能破片毁伤效应研究现状

相较于常规惰性破片仅以动能毁伤目标,含能破片内含能材料释放的化学能可以提高其对目标的毁伤效果,因此含能破片应用于防空反导技术已成为未来的发展趋势。从试验研究、理论研究、数值仿真三个方面,综述了含能破片毁伤效应的研究情况,分析了目前相关研究的不足,并提出了未来研究含能破片战斗部的几点思考。