不同厚度比陶瓷/金属复合装甲抗弹性能

为支撑陶瓷复合装甲的结构设计,研究不同厚度比陶瓷/金属复合装甲的弹道防护性能。通过陶瓷/金属复合结构抗侵彻性能弹道实验及数值模拟研究,完成有限元-光滑粒子流体动力学耦合计算模型的校验;模拟长杆弹撞击陶瓷复合装甲过程,分析装甲陶瓷与金属背板厚度比对界面击溃效应影响,获取不同厚度比陶瓷/金属复合装甲抗弹性能。研究结果表明：陶瓷复合装甲存在两种主要防护机制;当弹体速度小于1 000 m/s,随着陶瓷厚度从15 mm增加至25 mm,复合装甲的界面击溃驻留时间能够提高一倍以上,期间弹体耗能最高可达50%;当弹体速度大于1 000 m/s时,侵彻阶段的耗能占据弹体动能损失的主导,期间最高耗能可达85%;当金属与陶瓷的厚度比为2∶1时,复合结构使弹体具有较长的界面驻留时间,并实现较高的弹道防护效能。     

钢/陶瓷/PE/钢结构抗破片侵彻研究

针对复合装甲抗高速厘米级破片开展研究,用弹道炮发射高速圆柱体破片,对复合装甲结构靶进行侵彻试验,模拟全预制破片杀伤战斗部爆炸破片对复合装甲的侵彻作用.结果表明:钢板与复合材料防弹板组成的复合装甲能防护1600 m/s以上的高速破片侵彻.用Autodyn三维软件进行数值仿真计算,试验与数值计算结果较一致,由数值模拟分析得到复合装甲各组分吸能及消耗弹体质量情况,研究结果可为钢/陶瓷/UHMWPE复合装甲结构设计提供参考.     

3种多层复合防护板抗破片侵彻试验研究

为指导高动能破片防护结构优化设计,通过模拟破片侵彻试验,对3种多层复合防护结构进行防护性能对比研究,并简要分析不同结构的防护机理。结果表明,在试验对比的结构中,陶瓷/钢/FRP复合结构对高动能破片的侵彻防护性能最佳。     

陶瓷/玻纤复合防护结构层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律研究

为研究陶瓷/玻纤复合防护结构的层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律,文中采用145 mm弹道枪加载方法进行了30 g破片对18 mm厚陶瓷(含有3 mm厚玻纤包裹层)/20 mm厚玻纤复合板的侵彻试验,并获得了破片的最小贯穿速度.同时,通过数值仿真进一步研究了复合板层间位置对抗破片侵彻性能的影响.结果表明,当靶板总厚度为38 mm左右,30 g破片以1 300 m/s的初始速度侵彻陶瓷/玻纤复合结构时,陶瓷板与玻纤板的厚度比在0.9.~1.7之间时其抗破片侵彻能力较好.     

93钨破片高速侵彻陶瓷/铝合金复合结构实验研究

利用二级轻气炮驱动正方体93钨破片速度到2 150 m/s,分别高速侵彻碳化硼/铝合金复合防护结构靶板、叠层铝靶板和间隔铝靶板。根据靶板在侵彻后的损伤与破坏分析,定量得到3种防护结构防护性能的差异,为爆炸容器的闪光照相防护窗口设计提供重要参考。     

陶瓷/玻纤复合防护结构层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律研究

为研究陶瓷/玻纤复合防护结构的层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律,文中采用14.5 mm弹道枪加载方法进行了30 g破片对18 mm厚陶瓷(含有3 mm厚玻纤包裹层)/20 mm厚玻纤复合板的侵彻试验,并获得了破片的最小贯穿速度.同时,通过数值仿真进一步研究了复合板层间位置对抗破片侵彻性能的影响.结果表明,当靶板总厚度为38 mm左右,30 g破片以1 300 m/s的初始速度侵彻陶瓷/玻纤复合结构时,陶瓷板与玻纤板的厚度比在0.9.～1.7之间时其抗破片侵彻能力较好.     

软质防护材料抗微型高速球形破片性能的试验研究

为了研究软质防护材料抗微型高速爆炸破片的抗弹性能和防护机理,选择手榴弹用0.11 g(Ф3 mm)典型预制钢珠作为试验用球形破片,在(1 848±60)m/s的速度范围内对芳纶纤维平纹织物、ZT160和ZT75高分子聚乙烯纤维单向布(PEUD)3种叠合材料分别进行了弹道侵彻试验研究。结果表明,当防护材料抗0.11 g球形破片的弹道极限V0在1 848 m/s左右时,芳纶织物、ZT160PEUD布和ZT75PEUD布3种叠合材料的极限比吸能分别达到5.9 J·m2/kg、7.2 J·m2/kg和6.1 J·m2/kg。结合对材料破坏模式的分析,认为3种防护材料中ZT160PEUD布抗0.11 g球形破片超高速侵彻的性能最好。     

93钨破片高速侵彻陶瓷/铝合金复合结构实验研究

利用二级轻气炮驱动正方体93钨破片速度到2150m/s,分别高速侵彻碳化硼/铝合金复合防护结构靶板、叠层铝靶板和间隔铝靶板。根据靶板在侵彻后的损伤与破坏分析,定量得到3种防护结构防护性能的差异,为爆炸容器的闪光照相防护窗口设计提供重要参考。     

柱形破片对多层间隙靶侵彻试验研究

对钨合金柱形破片侵彻多层铝合金间隙靶板进行了试验研究,模拟预制破片弹中杀伤元对目标的侵彻特性.分析了破片质量、着靶速度对多层靶板侵彻能力的影响,获得了基础试验数据,并结合工程计算模型,拟合得到了靶板侵彻层数随破片质量、着靶速度的数学方程.该拟合方程可用于评估长径比为1且正侵彻的钨柱形破片的侵彻能力,对预制破片弹的破片选择提供实用参考.     

钨合金破片高速侵彻铝合金靶板实验研究

利用二级轻气炮驱动不同钨含量的正方体钨合金破片到速度为2.2 km/s,高速侵彻铝合金叠层结构靶板。根据靶板在侵彻后的损伤与破坏分析,定量得到钨合金破片侵彻性能的差异。实验表明:在相同条件下,锻造态的97钨合金侵彻能力最强,真空态97钨合金和95钨合金与93钨合金相比,侵彻性能没有明显的优势;锻造态97钨合金侵彻机理与其他几种钨合金有所不同,其在侵彻过程中发生了绝热剪切破坏,表现为一定的自锐性。     

活性破片引燃航空煤油实验研究

进行弹道炮发射实验,研究活性破片和钨合金破片作用模拟油箱和引燃航空煤油问题。实验结果表明：在1 080 m/s着速下,活性破片击穿10 mm厚LY12铝靶后能可靠引燃航空煤油,而同质量钨合金破片以1 643 m/s的速度命中油箱,只造成油箱穿孔及漏油,未能引燃燃油;常温状态下,活性破片较钨合金破片具有更强的引燃航空煤油能力,活性破片的内爆作用和化学能释放是造成油箱结构严重破坏和燃油燃烧的主要原因。进行弹道炮发射实验,研究活性破片和钨合金破片作用模拟油箱和引燃航空煤油问题。实验结果表明：在1 080 m/s着速下,活性破片击穿10 mm厚LY12铝靶后能可靠引燃航空煤油,而同质量钨合金破片以1 643 m/s的速度命中油箱,只造成油箱穿孔及漏油,未能引燃燃油;常温状态下,活性破片较钨合金破片具有更强的引燃航空煤油能力,活性破片的内爆作用和化学能释放是造成油箱结构严重破坏和燃油燃烧的主要原因。     

船用轻型陶瓷复合装甲抗弹性能实验研究

为探讨舰艇抵御高速破片弹遭侵彻的装甲防护结构,设计船用钢装甲和3种陶瓷复合装甲结构,并采用弹道冲击实验,研究其在高速破片冲击下的抗弹性能。结果表明:高速破片穿透普通舰艇结构后仍具有较强杀伤威力,必须为舰艇设置专门防护装甲抵御高速破片的冲击;高速破片冲击下,船用钢装甲的破坏模式为延性扩孔和剪切冲塞的组合形式;增加陶瓷面板后,钢背板的冲击响应类似于低速卵形弹冲击下的薄板穿甲,变形范围和变形程度大大增加,其变形失效模式有蝶形变形和花瓣开裂型穿甲,此外陶瓷对弹体的侵蚀、钝化及碎裂能大大降低弹体的侵彻能力,碎裂陶瓷锥的运动还将吸收部分弹体动能,降低弹体剩余速度,并和剩余弹体共同冲击背板;陶瓷复合装甲的单位面密度吸能量较船用钢提高35%以上,其结构质量较船用钢装甲轻25%以上。     

Tc复合弹侵彻陶瓷复合靶的试验与仿真分析

为增加弹丸对陶瓷复合装甲的侵彻能力,在30 mm制式弹头部采用增韧Tc材料,与制式弹进行对比,研究2种不同结构弹丸对标准陶瓷复合靶的侵彻能力,重点分析对比弹头结构和材料对陶瓷复合靶的侵彻。在相同条件下,对比分析制式弹和Tc复合弹对装甲钢板侵彻孔径的影响。采用ANSYS/LS-DYNA进行模拟仿真,模拟结果与试验结果基本吻合,结合仿真结果,进一步分析余速和弹芯剩余质量对弹丸的侵彻能力。     

爆炸成型弹丸对陶瓷材料的侵彻实验研究

用爆炸成型弹丸对氧化铝、碳化硅及碳化硼装甲陶瓷材料进行侵彻深度实验,得到3种装甲陶瓷材料在3 km/s速度侵彻下的质量防护因数和差分防护因数。设计了防护结构,对比3种材料的抗EFP侵彻性能,对实验现象和结果进行分析。结果表明,碳化硼的抗侵彻性能最强,在陶瓷面板顶部增加防溅层可提高结构的防护性能。     

阵列式陶瓷颗粒破片防护层防弹性能仿真研究

设计了一种称为阵列式陶瓷颗粒破片防护层的新型防弹材料,并对材料的防弹性能进行了仿真研究。当破片侵彻防护层的不同位置时,陶瓷颗粒的破碎情况有所不同,可能发生整体破碎或部分破碎。陶瓷颗粒能在极短的时间内使高速破片的速度降到100m/s以内,然后破片速度进入平台下降期,在0.1ms时刻破片的速度均下降到40m/s以下。研究结果可以为阵列式陶瓷颗粒破片防护层的优化设计提供参考。     

动能弹侵彻机理及其防护研究进展

动能弹是一种打击地下深层战略目标的重要武器装备,研究其侵彻机理及防护技术意义重大。综述了近年来动能弹侵彻机理的相关研究进展,指出国内外动能弹侵彻机理的实验研究多集中在v＜1300 m／s的中低速范围内,经验公式多考虑弹体为刚性弹或变形非消蚀弹,相关的理论模型和数值模拟研究已初成体系,而动能弹高速／超高速侵彻技术的研究仍处于起步阶段,其破坏机制尚不清晰;从增大遮弹层强度、优化遮弹层结构和设计偏航层3个方面总结了新型抗侵彻防护技术的研究成果;对未来的研究工作提出了建议。     

钨球及六棱钨柱破片侵彻Q235叠层靶特性研究

为研究破片形状及质量对其侵彻性能的影响和靶板分层方式对其抗侵彻性能的影响,采用12.7 mm标准弹道枪发射质量为8.05 g、直径为9.4 mm的钨球以及质量为12 g、尺寸为内切圆Φ 9 mm×9.5 mm的六棱钨柱,分别撞击材料为Q235的3种不同结构靶板。通过试验和R-I公式得出了钨球及六棱钨柱破片侵彻3种不同结构Q235靶的弹道极限。在此基础上,验证了选用模型及参数的有效性;并采用数值模拟方法研究了相同质量下两种不同形状破片侵彻Q235靶性能的差异性。研究结果表明,破片侵彻靶板的性能不仅与破片形状、靶板分层结构有关,还与破片侵彻靶板的速度以及破片质量有关。六棱钨柱侵彻靶板性能与其着靶姿态以及靶板结构有关。在质量相同以及一定侵彻速度的条件下,球形破片侵彻靶板的能力高于六棱柱破片,叠层靶比相同厚度单层靶能够提供更好的抗六棱柱破片侵彻的能力。     

钨破片侵彻舰艇装甲薄弱部位毁伤效能评估

模拟了末端制导反舰导弹在侵彻舰艇装甲时末制导弹爆炸模型,得出破片飞行的初速度,再通过 ANSYS/LS-DYNA进行不同速度和质量及形状的钨合金破片侵彻装甲薄弱部位的数值模拟,得出高速自锻破片能够对装甲毁坏,但会使装甲出现反弹,侵彻深度不及中等速度破片;尖头破片出现较大应力集中,未到侵彻深度会使破片破坏;得到毁坏薄装甲的最小破片质量,为薄弱装甲防护提供了参考。     

表面驻留对陶瓷复合结构抗侵彻特性影响

子弹在陶瓷表面的驻留现象对于装甲防护结构设计具有重要意义。开展陶瓷复合结构抗侵彻特性试验和数值模拟研究,分析侵彻作用过程中弹靶失效破坏、子弹驻留时间及耗能特征,探讨子弹速度、头部形状及背板厚度对驻留效应及复合靶抗侵彻特性的影响规律。研究结果表明：尖头弹中低速侵彻陶瓷复合结构时,子弹头部将在陶瓷表面完全侵蚀,同时耗散大量能量;随着子弹速度的增加,驻留时间减短,子弹动能耗散百分比越低,子弹速度为600 m/s时驻留期间动能耗散百分比可达90%;随着尖头弹锥角增加,驻留时间及驻留期间动能耗散百分比呈先增加后减小趋势,在半锥角取45°时驻留期间能量耗散百分比最大可达80%;随着背板厚度的降低,子弹驻留时间及驻留期间动能耗散降低幅度并不明显。     

无量纲参数对破片弹道极限速度的影响

为开展93W钨合金破片对616装甲钢侵彻性能的研究,通过弹道枪试验分别对立方破片(底面为正方形)和圆柱破片进行了弹道极限速度测试,并基于试验结果对理论公式进行了修正,修正后的公式可应用于预测破片弹道极限速度。将仿真结果与试验结果进行了对比,验证了材料的可靠性,根据破片初速及剩余速度建立回归方程,外推得到破片的弹道极限速度,并进一步研究了无量纲弹长及无量纲靶厚对弹道极限速度的影响。结果表明,当确定破片及靶板的材料后,弹道极限速度仅与无量纲弹长和无量纲靶厚有关; 当无量纲弹长与无量纲靶厚确定后,破片形状对弹道极限速度的影响非常明显,立方破片更容易穿透靶板。当无量纲靶厚为1.6时,破片正侵彻12 mm厚度的靶板,弹道极限速度随破片无量纲弹长的增加而加大,且无量纲弹长每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约45 m/s; 当无量纲弹长为1.0时,破片正侵彻不同厚度的靶板,弹道极限速度随无量纲靶厚的增加而加大,且无量纲靶厚每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约50 m/s。