爆炸成型弹丸药型罩的试验研究

在装药条件、药型罩几何尺寸相同的条件下,分别对以钨铜粉末冶金、紫铜和铜铝复合金属三种材料为药型罩的爆炸成型弹丸进行了静破甲试验,得出铜铝复合双金属药型罩形成的弹丸具有比紫铜药型罩更好的侵彻力,且罩顶开孔更有利于提高罩的侵彻能力.相同条件下铜铝复合金属罩的侵彻能力比紫铜提高近27%.     

铜铝复合药型罩厚度比的数值模拟研究

研究了材料廉价易得、制作工艺简单的铜铝双层复合药型罩,通过波阻抗匹配理论确定了铝铜厚度比值下限为1.33。利用AUTODYN软件对不同结构药型罩进行计算机模拟试验,发现铜铝厚度比为1∶1.5时铜铝双层复合药型罩射流性能最优,相比单层铜药型罩,射流头部速度提高了14.75%,0.05ms时射流长度提高了19.45%。本研究可以为工程应用提供参考。     

平顶尺寸与起爆环半径对复合药型罩形成射流的影响

为研究复合药型罩平顶尺寸与起爆环半径对射流头部速度及成形的影响,对不同平顶尺寸和起爆环半径的铜-铝复合药型罩进行数值模拟.利用AUTODYN-2D模拟药型罩的变形和射流的形成及断裂的过程,仿真平顶尺寸对射流的影响、起爆环大小对双层药型罩形成射流的影响、平顶尺寸与起爆环半径对射流成形的影响,并分析外罩挤破内罩状况.结果表明:小起爆环半径时,药型罩平顶尺寸越小,射流头部速度越高;大起爆环半径时,较大的平顶尺寸可获得较高的射流头部速度,平顶尺寸增加到装药口径20％左右时,成形中会出现内罩挤破外罩的现象.     

铜基非晶合金双层药型罩射流形成及侵彻性能

为了研究Cu基非晶合金Cu₄₅Zr₄₃Al₄Ag₈双层聚能药型罩的射流成型和侵彻能力,以等壁厚的单层铜药型罩和Cu-BMGs药型罩作为对比,分别选用铝、钛、聚乙烯和PTFE/Al材料作为外罩,Cu基非晶合金作为内罩,利用AUTODYN软件建立二维有限元模型,模拟了Cu基非晶合金双层聚能药型罩的射流成型、拉伸及侵彻过程,对比分析了各组药型罩射流的成型特点、稳定性和侵彻性能。通过仿真得到4种双层聚能药型罩射流成型后射流头部速度介于Cu-BMGs药型罩和铜药型罩之间,其中聚乙烯为外罩时,射流头部速度最高,侵彻深度最大,但射流稳定性最差;铝为外罩时,射流长度最长,射流稳定性最好;PTFE/Al为外罩时,开孔直径最大,但侵彻深度最小,与Cu-BMGs药型罩的相当。铝、钛、聚乙烯和PTFE/Al为外罩时,Cu基非晶合金双层药型罩的射流对纯铁靶侵彻深度分别为104、103、111、91.5 mm,开孔直径分别为12.5、20、18.8、45 mm,综合考虑侵彻深度和侵彻孔径,聚乙烯、PTFE/Al作为外罩时,Cu基非晶合金双层聚能药型罩的侵彻性能优于铝、钛作为外罩时的侵彻性能。     

低密度材料射流形成过程的数值模拟

为研究在炸药爆轰作用下低密度材料形成射流的过程,采用AUTODYN有限差分软件,对低密度材料尼龙和特氟龙药型罩的成型特性做对比,得出在相同的时间下,形成射流的长度尼龙大于特氟龙,但特氟龙药型罩形成的射流一致性较好;并与广泛使用的高密度铜药型罩的成型对比,对不同时刻射流的形态及速度进行分析,得出低密度材料形成的射流有能量低、稳定性好、射流长径比较大的性质,所以对爆炸反应装甲"穿而不爆"有显著优势。     

不同壁厚比的双层药型罩聚能射流对靶板毁伤效应研究

对线型聚能装药的楔形药型罩,分别按不同比例(1∶1,1∶2,2∶1)沿罩壁厚方向进行切割,利用ANSYS/LS-DYNA 3D软件对各自的射流形成、拉伸、侵彻靶板的过程进行数值模拟仿真,并与完整的药型罩进行对比,研究了双层药型罩切割壁厚比变化,是否会影响药型罩的射流形成及其侵彻靶板的性能。结果表明:当对药型罩壁厚进行1∶1切割时,射流的速度梯度小,开孔直径提高了60%,侵彻威力提高约27%。研究结果可为线型装药的楔形药型罩的优化设计提供一定的参考。     

不同炸药及装药高度对聚能射流侵彻性能的影响

为研究不同炸药及装药高度对聚能射流侵彻性能的影响,分析不同炸药及装药高度对聚能射流侵彻性能的影响.通过 TrueGrid 建模,LS-DYNA 数值模拟计算,对在同一装药直径、装药高度时,不同炸药对聚能射流头部速度、侵彻后效靶板的能力进行对比;比较在同一装药直径、同种炸药时,不同装药高度对聚能射流头部速度、侵彻后效靶板的能力.仿真结果表明:奥克托今炸药压垮药型罩形成的聚能射流头部速度最大,侵彻后效靶板能力最强;装药高度的变化对奥克托今炸药压垮药型罩形成的聚能射流的头部速度,侵彻后效靶板的能力影响不明显.该研究结果对聚能装药设计具有一定参考价值.     

双层球缺药型罩形成杆式射流断裂特性研究

为提高大炸高攻击坦克顶甲的威力性能,针对大炸高下双层罩形成杆式射流的断裂情况,设计了球缺型药型罩装药结构,利用LS-DYNA软件对杆式射流的成型与断裂进行模拟仿真,对比单层罩与双层罩形成射流断裂情况。利用静破甲试验,同时运用闪光X光照相技术记录了两种罩结构的射流断裂情况。研究结果表明:在大炸高条件下,两种药型罩形成射流均发生断裂,而采用铜/铝双层球缺罩形成的复合杆式射流断裂情况更均匀、稳定且头部射流粒子间速度梯度明显变小;相同装药条件下,铜/铝双层球缺罩形成射流的侵彻能力相比单层纯铜球缺罩射流提高11.2%。     

环形切割器药型罩方案优化设计

在反舰导弹串联战斗部前级环形切割器的设计中优选药型罩材料。通过数值模拟,对铜、钨、铁三种单质药型罩,以及一定比例的两种铜钨复合药型罩的切割效果进行分析。结果表明,五种药型罩方案均能贯穿100mm靶板。铁药型罩和铜含量较少的复合药型罩在靶板底部形成射流堆积巢,钨药型罩和铜含量较多的复合药型罩贯穿后剩余速度较低,切割时间较长。最终确定以铜作为环形切割器的药型罩材料。该结论有助于新型串联战斗部的优化设计。     

不同上下罩高对复合药型罩射流形成影响的数值模拟

在两种双锥罩的基础上,设计4种变壁厚和等壁厚相结合的复合双锥药型罩。应用LS-DYNA3D有限元程序,采用ALE方法对复合药型罩的小锥角聚能装药,在5种不同上下罩高比例的情况下射流形成过程进行数值模拟。结果表明:采用罩壁外母线为直线、上锥罩为等壁厚和下锥罩为变壁厚相结合的复合药型罩,射流速度梯度高于两种双锥罩和其他3种复合药型罩,且当上下罩高比例为5/5时,射流头部速度达到最大,为7 174 m/s;4种复合药型罩在上下罩高比例为7/3时,均出现射流较短并且射流中段较早发生失稳断裂的情况。     

材料对截顶辅助药型罩形成聚能侵彻体的影响

为了讨论不同材料对截顶辅助药型罩装药结构形成的影响情况，采用非线性动力学软件AUTODYN-2D对其进行数值仿真，分析了对铜、铝、钛3种材料作为主药型罩和钨、钽、铁3种材料作为辅助药型罩时形成的射流形态的情形，并选出最优材料，然后在选出的材料结构下讨论了辅助药型罩位置的变化对射流成型的影响；研究表明：对于截顶辅助药型罩装药结构来说，选取钛和钽的材料组合优于其他材料组合；辅助药型罩位置的变化对射流的成型影响并不大；研究结果可为聚能射流研究提供参考。     

双层含能药型罩K装药射流成型及侵彻性能试验

为提高含能材料形成射流对目标的侵彻深度,设计了一种基于K装药结构的Al/Ni?Cu双层含能药型罩聚能装药结构,其内层罩为无氧铜,外层罩为Al/Ni含能结构材料。分别开展了Al/Ni?Cu双层含能药型罩与Cu?Cu双层药型罩的聚能射流成型X光试验、侵彻钢锭静破甲试验和对典型混凝土靶标的侵彻威力试验。研究结果表明,双层含能药型罩K装药起爆后可形成连续射流,侵彻的钢靶和混凝土靶中有明显的开坑区形成,但射流对侵彻过程的扩孔作用不明显。Al/Ni?Cu双层含能药型罩可发挥动能和化学反应的联合侵彻毁伤效应,与Cu?Cu罩相比,在靶中形成射流堆积更少,对钢靶的侵彻深度和侵彻体积分别提高了20.1%和23.0%,对混凝土靶的侵彻深度和侵彻体积分别提高了17.2%和45.6%。     

聚能装药超细晶纯铜药型罩性能研究

为了实现真正意义上的超细晶,利用剧烈塑性变形的方法将纯铜材料的晶粒组织进行细化.应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对粗晶纯铜药型罩和超细晶纯铜药型罩形成的射流侵彻45钢靶板过程进行数值模拟.分析晶粒尺寸对于射流断裂时间的影响,研究在不同炸高条件下,超细晶纯铜药型罩和粗晶纯铜药型罩侵彻威力的差异,以及炸高对于2种材料形成射流延展性的影响,并通过选取粗晶纯铜药型罩的最佳炸高进行静破甲试验研究,验证了数值计算结论的可靠性.研究结果表明:在炸高相同的前提下,超细晶纯铜药型罩形成的射流毁伤能力较粗晶纯铜药型罩而言,有大幅提升,说明将药型罩材料晶粒尺寸细化,是提高聚能射流破甲威力的有效手段.     

一种超聚能装药结构的仿真

为了得到一种新型的可形成较传统射流更高速度的聚能装药结构,利用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D对其成型过程进行了数值仿真,并应用应力波基础、冲击力学等相关理论进行分析。研究表明：选用铜、钽、钨作为“蘑菇形”药型罩的材料可以得到速度在8800～13000 m／s且具有良好成型效果的高速射流。分析了药型罩壁厚和下辅助药形罩二的半径结构参数对射流速度的影响,结果表明,减小药型罩厚度或增大下辅助药形罩的半径可以有效提高形成射流的速度,但速度超过13700 m／s后成型效果变差。根据研究成果可以得到“蘑菇形”药型罩各部分材料的搭配规律及其成型规律。     

聚四氟乙烯基药型罩射流成型凝聚性研究

聚四氟乙烯（PTFE）基含能药型罩射流成型凝聚性关系到射流侵彻毁伤效果。通过数值模拟和试验验证相结合的方法,对PTFE/Ti/W含能药型罩射流成型特性开展研究。结果表明：含能药型罩与惰性铝罩的射流具有明显差异,由于含能药型罩材料声速较低,爆轰压垮药型罩形成脱体波,导致射流在飞行过程中会呈现径向发散效应,随着药型罩密度增加,射流凝聚性加强;含能侵彻体在成型过程中会不断发生反应膨胀,随着时间的增长,侵彻体轮廓逐渐模糊,密度不断减小;基于惰性材料模型的数值仿真方法能够在一定时间范围内对射流成型进行准确模拟,当侵彻体由于反应而造成的形貌改变不可忽略时,仿真与实际具有一定差距。     

DNTF基同轴双元装药的爆轰波形及驱动性能

采用两种不同含铝量的3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)基炸药制备了一种同轴双元组合装药,其内层装药的含铝量为20%,外层装药的含铝量为5%,通过高速扫描法研究了该组合装药的爆轰波形特征;采用含铝量为12.5%的DNTF基炸药制备了同尺寸的单一装药,并通过圆筒实验,对比了组合装药与单一装药驱动性能的差异。结果表明,外层装药爆速较高时,内层装药的爆轰波形将产生汇聚效应,同时也加剧了外层装药的侧向干扰,使其波形呈现明显的散心特征;该组合装药的复杂波形不仅影响内外层装药的爆轰反应区宽度,还使圆筒比动能及爆轰产物压力在初期均明显低于单一装药;随着爆轰产物的膨胀,组合装药与单一装药的圆筒比动能逐渐接近,且爆轰产物相对比容增至2.69后,组合装药爆轰产物的压力便明显超过单一装药。