一种基于部分威力试验数据的飞散角计算方法

为了研究一种基于部分威力试验数据的飞散角计算方法,以杀爆弹弹丸为样本,开展破碎性、扇形靶、静态飞散角试验,得到破片质量分布、击穿破片杀伤半径和静态飞散角等试验威力数据。计算不同质量级别破片的终点速度及飞行距离,拟合破片飞行距离与破片数的曲线。通过杀伤密度建立飞散角与击穿破片杀伤半径之间的关系,基于部分威力试验数据计算飞散角理论值。研究发现,理论值与试验值具有较好的一致性,相差约2.2%,其原因可能是破片形状系数取值偏大。若破片形状系数取5.0,则同一质量等级破片飞行距离减少13.1%~38.7%,且破片质量越大,距离的影响越大。按照不同形状所占比例确定破片形状系数,则理论计算会更贴近试验。

破片飞散角动静爆关联的试验研究

为研究破片飞散角的动静爆关联,减小评估动爆弹药威力的成本,通过靶场试验的方法得到某型弹药动静爆破片空间分布和起爆点位置等试验数据。由试验数据计算出动静爆破片飞散角并与矢量叠加法计算结果作对比,发现矢量叠加法计算结果有一定误差。定性分析了矢量叠加法产生误差的原因,并在矢量叠加法的基础上提出一种修正矢量叠加法,使修正算式的计算结果更符合动爆试验结果。

轴向聚焦式预制破片战斗部破片飞散角研究

为了探究球缺曲率半径、装药长径比、壳体厚度对球缺排列的轴向聚焦式预制破片战斗部破片平均飞散角的影响规律,运用LS-DYNA软件对聚焦式破片战斗部的成型过程进行数值模拟。结果表明:破片平均飞散角随着球缺曲率的增大,先减小后增大;随着壳体厚度的增大,先减少后基本趋于稳定;随着装药长径比的增大,先减小后增大。以破片平均飞散角作为考察指标,利用正交设计的方法,对影响破片平均飞散角因素的主次关系进行了分析。结果表明:球缺曲率半径影响最大,壳体厚度次之,装药长径比影响最小,并得到了3种因素水平的最优组合。

动态飞行下轴向预制破片飞散角数据处理方法

为研究轴向预制破片飞散角数据处理方法,利用某型轴向预制破片战斗部具备设定爆炸距离及精确控制炸点的有利条件,设计了一种炮射弹药的动态飞行试验。通过获取动态飞行下轴向预制破片密度分布,结合静爆破片威力场处理方法,提出新的破片比率积分、破片平均密度和间断位置3种数据处理方法。根据破片密度分布结果,计算并对比3种数据处理方法得到的飞散角,并由此得出间断位置数据处理方法获取的飞散角以角度区间的并集形式能较为全面的表示出破片杀伤分布。3种数据处理方法及试验结果可为实弹条件下弹药威力和毁伤评估提供技术支持。

依破片飞散角探讨轻型杀伤弹的威力标志量

通过建立圆柱形弹体破片飞角随落角变化的方程,分析其变化规律,提出应将圆柱形杀伤弹体改为球形、卵形或流线形,以提高实战杀伤效果;提出用45°落角的有效杀伤半径取代密集杀伤半径作为杀伤威力标志量,使之较好接近实际。

波形控制器对杀伤战斗部破片飞散特性影响研究

为提升杀伤战斗部破片轴向飞散的集中度,提高战斗部的轴向杀伤威力,提出使用波形控制器控制破片的飞散方向。基于爆轰波在波形控制器界面发生反射的规律以及Shapiro公式,设计了波形控制器的形状,使用LS-DYNA有限元软件和ALE(arbitrary Lagrange-Euler)算法对破片的飞散过程进行数值计算,结合战斗部原理样机静爆试验,验证了使用波形控制器改善破片飞散特性方法的合理性。对比了有无波形控制器时破片飞散过程的差异,对无波形控制器以及波形控制器材料分别为尼龙、聚氨酯和聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)时杀伤战斗部的破片飞散速度和破片飞散角规律进行了分析。结果表明:波形控制器可以减小战斗部中心和两端位置的破片飞散速度大小差异,使中心到两端位置的破片飞散方向角变化均匀,破片在轴向的分布更加均匀;不同材料的波形控制器对破片飞散特性影响不同,波形控制器的使用减小了破片飞散角,增大了破片分布密度,提升了破片飞散的集中度。破片飞散角数值计算值与试验计算值误差在6.53%之内,与无波形控制器的杀伤战斗部原理样机相比,含波形控制器且材料为尼龙、聚氨酯和PTFE的战斗部原理样机破片飞散角分别减小了40.00%、 44.00%和46.67%。

十字形内置破片定向战斗部破片的飞散特性

针对低附带弹药毁伤需求,设计了一种十字形内置破片定向战斗部,根据目标方位可选择不同起爆模式,进而控制破片的径向飞散特性,在目标区域内形成杀伤破片实现定向毁伤,在非目标区域内实现低附带毁伤。采用数值模拟研究了相邻2点起爆、相邻3点起爆两种模式下定向战斗部起爆时破片的驱动过程,给出了各个位置处破片的飞散速度、径向飞散角度等特征参数;制备了2发单元样弹并开展了地面静爆实验,通过高速摄影及靶板上破片的穿孔分布特征实测出破片的速度及径向飞散角,与数值模拟结果对比,验证了模拟的准确性。在此基础上,通过引入能量分配角建立了破片速度的修正公式,并根据模拟结果对公式参数进行了拟合分析。结果表明:相邻2点起爆、相邻3点起爆模式下,战斗部定向杀伤区破片径向飞散角分别控制在145°、65°以内,且该区域内的破片占破片总数的比例分别达到了50.4%、43%;同时,破片速度呈现梯次分布,介于535~770 m/s之间,对1.5 mm厚的Q235A钢板的穿甲率分别达到了94.4%、84.6%,可实现对轻型车辆类目标的毁伤,其余区域则为低附带安全区;基于能量分配模型求得的破片速度理论计算值与模拟值基本吻合。研究结果可为低附带杀伤战斗部研制提供新的设计思路。

不同起爆方式下波形控制器对破片飞散特性影响数值计算研究

基于波形控制器改善杀伤战斗部轴向飞散特性,使用数值计算的方法比较了中心点起爆、一端中心起爆、两端中心起爆和中心三点起爆方式下有无波形控制器对破片空间分布、破片飞散速度和破片飞散角的影响,总结了不同起爆方式下波形控制器对破片飞散特性的影响,并对波形控制器的影响机理进行了初步分析。结果表明:与无波形控制器相比,4种起爆方式下波形控制器可以提高破片轴向飞散距离的一致性和飞散速度一致性,含波形控制器数值模型破片飞散角数值计算值依次分别减小43.2%、43.3%、40.0%和35.2%,破片沿轴向分布更集中,破片分布密度分别增大78.3%、78.4%、68.0%和55.8%,波形控制器对一端中心起爆时的破片分布密度增益最显著,研究结果可为波形控制器曲线和杀伤战斗部结构设计提供参考。

弹药飞行速度对破片群飞散方向角的影响

通过靶场试验的方法得到弹药在不同飞行速度下爆炸的弹药起爆位置、破片空间分布数据;根据破片空间分布和弹药起爆位置计算出破片杀伤带的飞散方向角;分析发现:用矢量叠加法描述动静爆破片群飞散特性的关系与试验结果有一定误差,两者的差别随着弹药飞行速度的增大更加明显;运用冲击波相关理论分析得出弹药动静爆破片飞散特性的不同之处,提出一种计算动爆弹药破片群飞散方向角的修正矢量叠加法,为评估动爆弹药威力工作奠定一定的基础。

偏心起爆方式对棱柱形定向战斗部破片飞散规律的影响

为了研究起爆方式对棱柱形定向战斗部破片飞散规律的影响,采用LS-DYNA软件模拟研究了六棱柱定向战斗部分别用面偏心一线、面偏心两线、面偏心三线、棱偏心一线及棱偏心两线起爆时的破片飞散速度、破片方向角,结果表明,偏心起爆可以明显提高定向区域内的破片飞散速度,且破片束基本分布在25°左右的径向范围内,棱偏心两线同步起爆时,对目标方位破片最大飞散速度增益可达29.73%,采用棱偏心两线序贯延时起爆可使轴向方向角改变量达6.77°。

大当量杀伤战斗部破片飞散特性试验方法研究

目前靶场主要依据"GJB3197炮弹试验方法"对榴弹进行破片飞散特性试验,由于建靶材料和布靶方式的局限性,球形靶试验方法只适用于口径155mm以下的弹药,不能对大当量杀伤战斗部进行测试。通过分析球形靶试验原理和战斗部的理论飞散特性,改变建靶材料,以钢板靶代替松木靶,采用矩形靶、L型靶布靶方式,实现了大当量杀伤战斗部的破片飞散特性测试。该方法遵循球形靶试验原理,已用于靶场测试和评估大当量杀伤战斗部破片飞散特性。

爆轰波斜冲击作用下破片飞散特性研究

为研究非对称结构战斗部的破片飞散特性,利用斜激波理论对爆轰波作用于壳体表面的过程进行研究,并利用自由面速度倍增定律对波在自由面反射后质点速度的计算进行简化,得到了破片飞散角的计算模型。利用D型战斗部试验数据对计算模型进行验证,结果表明,斜激波理论计算得到的破片飞散与试验结果吻合很好;当入射角较小时,壳体飞散角与入射角成线性关系。

定向式动能杆战斗部飞散实验研究

动能杆战斗部是一种新概念防空反导战斗部。采用软管X光闪光照相技术测试了定向式动能杆战斗部在不同装药厚度、不同装药宽度以及不同杆间距情况下动能杆的飞散情况。由动能杆的散布图像计算了动能杆的飞散速度及飞散角。研究结果给出了装药宽度、装药厚度、杆间距等对动能杆飞散形状、飞散速度和飞散角的影响的规律性认识。

圆柱形装药驱动轴向预制破片飞散特性

为了增强柱形战斗部轴向威力,在无壳柱形战斗部底面布置单层离散的预制破片。开展圆柱形TNT装药驱动轴向预制破片飞散试验,获得预制破片的最大初速、飞散角等特征参数;运用LS-DYNA软件对装药驱动预制破片过程进行数值模拟,阐述预制破片群飞散过程;对装药驱动整体平板理论计算公式进行改进,获得预制破片的最大初速。结果表明:破片初速理论计算结果、数值计算结果和试验结果吻合良好;随着与装药底部中心距离的加大,破片初速、径向飞散角分别近似呈“抛物线”减小、增大;试验实测、理论计算得到的破片最大初速值超过2500 m/s,试验实测的径向飞散角最大约为22°,而周向飞散角则普遍较小,均值在5°以内。

不同形状轴向预制破片的飞散特性研究

为了研究不同形状轴向预制破片(球形、圆柱体、立方体)的飞散特性,在破片层等厚、单个破片等质量以及装药结构、装填条件、起爆方式相同的条件下,运用AUTODYN软件建立模型进行数值模拟,得到了各类破片的典型速度分布和飞散方向角,并与理论计算值进行对比。结果表明:圆柱体破片的初速最大,其次是球形破片,立方体破片初速最小;球形破片的飞散角大于圆柱体与立方体破片,圆柱体破片的飞散角略大于立方体破片;随着破片径向位置距轴心的距离增大,破片的初速逐渐减小、飞散角逐渐增大;仿真结果与理论计算结果有一定差异。

内衬对杀伤战斗部破片飞散特性影响研究

为提高杀伤战斗部破片轴向杀伤威力,基于Shapiro公式,改进杀伤战斗部内衬曲线,设计了破片飞散角为5°和9°杀伤战斗部。使用LS-DYNA有限元软件和ALE算法,对破片飞散过程进行了数值仿真计算,进行了战斗部原理样机静爆试验,证实了内衬曲线的合理性,分析了内衬曲线形状及厚度对破片飞散特性的影响。结果表明:飞散角试验值及仿真计算值与理论设计值误差在8%之内;破片飞散角设计值越小,内衬曲线曲率越大,破片初始飞散速度越小;适当增加内衬厚度,破片初始飞散速度增大,破片飞散角减小。

预控破片战斗部爆炸飞散数值模拟

为研究榴弹型预控破片战斗部动态分散规律,采用ANSYS/LSDYNA建立有限元模型,结合流固耦合算法,对破片峰值速度、飞散角等威力指数进行研究分析。结果表明:对战斗部施加轴向初速度,可有效提高破片峰值速度,减小飞散角,增强破片集中杀伤效果;而施加转速,破片速度有所提升,飞散角等其他参数无明显变化。

非轴对称结构约束下破片飞散特性的试验和仿真研究

为了研究爆炸变形式破片战斗部变形型面与破片飞散特性的关系,对113mm口径的D型结构型面约束下的破片飞散特性进行了试验,并采用LSDYNA软件对内凹、外凸和D型等三种型面约束下破片的飞散特性进行仿真研究,获得了破片的空间分布特性和初速随方位角的分布规律。结果表明,D型结构的破片主要聚焦在目标方向±10°范围内,且偏心起爆的聚焦效果略好于中心起爆;不同起爆方式下目标方向的破片初速相差不大,都是随方位角的增加而降低;不同型面约束下破片飞散偏折角与爆轰波入射角之间近似满足不同斜率的线性关系。最后根据该线性关系特征提出了能够计算不同型面下飞散偏折角随入射角变化的工程计算式。

展开角度及起爆位置对轴向展开式定向战斗部性能的影响

为了研究轴向展开式定向战斗部的毁伤效能,采用AUTODYN软件系统分析了展开角度及起爆位置对轴向展开式定向战斗部破片性能的影响,获得了战斗部轴向展开角度及起爆位置对形成破片质量分布、飞散速度及飞散角的影响规律。结果表明,前向爆炸成型弹丸(EFP)速度随轴向展开角增大而逐渐减小。而EFP长径比增加,翼径比为4.2左右,战斗部轴向展开角的增大可提高有效破片质量百分比,破片最大飞散速度出现在距起爆端约33.33%处,起爆位置在装药外侧时战斗部的有效破片百分比达67.57%;选取战斗部的轴向展开角度为60°左右,且起爆点位于最外侧,可实现轴向展开式定向战斗部定向与汇聚打击的高效毁伤功能。

轴向预制破片战斗部飞散特性数值模拟

为分析轴向预制破片战斗部的飞散特性,利用LS-DYNA软件模拟轴向预制破片战斗部中心单点起爆方式和多点起爆方式下破片速度及飞散角特征参数并进行试验验证,得到了中心单点起爆和多点起爆方式对破片速度及飞散角特征参数的影响规律。研究表明:相较于中心单点起爆方式,多点起爆方式可以提升轴向预制破片速度,且随着起爆点数增加,破片速度先增加后趋于稳定,起爆点数从2点增加到6点,破片初速提升了21.1%,当起爆点数继续增加,则破片速度不再增益,而起爆点数对飞散角影响较小。