杆式射流与射流转换的双模战斗部优化设计

综合运用理论分析、仿真计算和试验研究,优化设计了实现杆式射流（JPC）与射流(JET)转换的双模战斗部。理论分析了单点起爆与环起爆条件下药型罩压垮变形情况,数值仿真优化了成型装药结构参数,包括药型罩锥角、药型罩弧度半径、药型罩壁厚和装药高度,找出了实现JPC与JET双模转换的起爆方式及结构参数匹配关系：采用单点起爆形成JPC,环起爆形成JET,选取药型罩锥角为80°~100°,药型罩弧度半径为0.1倍装药口径,药型罩壁厚匹配锥角设计,装药高度为0.9倍装药口径。针对优化结构进行了X光成像试验研究,试验结果与仿真结果误差在8%以内。综合运用理论分析、仿真计算和试验研究,优化设计了实现杆式射流（JPC）与射流(JET)转换的双模战斗部。理论分析了单点起爆与环起爆条件下药型罩压垮变形情况,数值仿真优化了成型装药结构参数,包括药型罩锥角、药型罩弧度半径、药型罩壁厚和装药高度,找出了实现JPC与JET双模转换的起爆方式及结构参数匹配关系：采用单点起爆形成JPC,环起爆形成JET,选取药型罩锥角为80°~100°,药型罩弧度半径为0.1倍装药口径,药型罩壁厚匹配锥角设计,装药高度为0.9倍装药口径。针对优化结构进行了X光成像试验研究,试验结果与仿真结果误差在8%以内。     

锥弧结合罩形成长杆状密实EFP的可行性

为了进一步提高爆炸成型侵彻体(EFP)的侵彻能力,基于大锥角罩结构的圆弧段设计,提出了一种可形成长杆状密实EFP的锥弧结合罩。分析了锥弧结合罩与传统的大锥角罩和弧锥结合罩在压垮过程中的区别。运用LS-DYNA仿真软件,计算得到了锥弧结合罩的结构参数(曲率半径、锥角、壁厚)对EFP速度、长径比、密实度等侵彻体成型参数的影响规律。找出了EFP成型较佳时各结构参数的取值范围:曲率半径为1.1～1.3倍装药口径,锥角为155°～160°,壁厚为0.04～0.046倍装药口径,并设计得到了一种可形成长径比为2、密实度为0.88的EFP的锥弧结合罩结构。     

末敏弹EFP成型及侵彻过程仿真分析与试验研究

利用AUTODYN软件二维多物质Euler算法研究了中心点起爆、圆柱起爆、圆环起爆和面起爆方式对攻顶末敏弹EFP成型过程的影响。结果表明,平面起爆和圆柱起爆方式下形成的爆轰波对药型罩的压垮角小而压垮速度大,最终所形成的EFP速度和长径比都优于中心点起爆。但采用面起爆方式的EFP由于速度梯度过大在成型过程中发生断裂。通过映射技术将得到的二维EFP模型映射到三维模型中完成成型EFP对均质装甲钢侵彻过程的数值模拟,并通过试验对仿真结果进行了验证。     

圆锥罩结构和起爆方式对聚能射流形成的影响

为了研究圆锥罩聚能射流形成的影响因素,通过Lagrangian显式动力学有限元方法对圆锥罩聚能射流的形成过程进行了数值计算。采用对称罚函数接触算法处理炸药和圆锥罩之间接触,采用网格自适应算法防止网格严重畸变造成的计算中断。根据数值计算的结果深入分析了圆锥罩厚度、圆锥罩锥角和起爆方式对聚能射流形状和速度的影响,得到了射流形状和速度的变化规律,为圆锥罩聚能射流的优化设计提供了参考依据。     

关于爆炸成型弹丸（EFP）的研究

根据Ｇｕｒｎｅｙ公式，编制了计算球缺罩或大锥角罩在爆炸成型过程中沿罩母线的速度分布和质量分布的程序。试验结果表明，用这一程序来指导ＥＦＰ的设计工作可以改进ＥＦＰ的成型和性能。     

弧锥结合罩的结构参数对EFP成型的影响

运用LS-DYNA仿真软件研究了弧锥结合罩的结构参数对形成侵彻体的影响规律。采用中心点起爆方式,通过改变弧锥结合罩的圆弧曲率半径、锥角和壁厚,对比分析形成的侵彻体性能规律,得出药型罩结构参数对EFP速度、长径比等成型参数的影响规律,拟合得到变化曲线及曲线方程。结果表明：弧锥结合罩的圆弧曲率半径、锥角和壁厚存在最优值。基于研究结果优化设计了一种弧锥结合形药型罩,仿真得到了成型形态和成型参数都较佳的EFP,为多模战斗部的进一步设计提供参考依据。     

双层药型罩形成的串联爆炸成型弹丸速度计算模型

针对典型双层药型罩爆炸成型弹丸(EFP)装药结构,基于微元爆轰驱动及碰撞理论,考虑药型罩轴向驱动及径向压垮特性,建立了双层药型罩串联EFP速度分析模型。计算结果表明：罩微元径向压垮引起的内外罩EFP轴向速度差是串联EFP分离的核心因素;外罩EFP速度随外罩曲率及外罩所占厚度比增加而增加;内罩EFP速度随外罩曲率增加而减小,随外罩所占厚度比增加而增加。结合数值模拟与脉冲X光成型试验对所推导理论进行了验证,三者所得到的串联EFP速度吻合较好。     

线性成型装药起爆方式的比较

通过实验研究了起爆方式对线性成型装药切割效果的影响.线性成型装药金属罩的压垮是复杂的三维过程;起爆方式不同,药型罩压垮方式和形成射流的方式也不同.端面起爆引发滑移爆轰波的作用;棱上中心点起爆,在起爆点附近呈球面爆轰波作用,更远处可认为是滑移爆轰波的作用.理论分析表明:在相同装药条件下,棱上点起爆比端面起爆的切割深度大;若装药长度足够长,装药在棱上点起爆时的切割长度应大于端面起爆时的切割长度.提出采用棱上多点起爆,切割效果可能会更好.     

药型罩结构参数对多模毁伤元形成的影响

运用LS-DYNA仿真软件研究了弧锥结合罩的结构参数时侵彻体形成的影响规律.对于起爆方式为中心点和不同位置的环形起爆,通过改变弧锥结合罩的圆弧曲率半径和锥角,对比分析了形成的侵彻体的性能,得出弧锥结合罩的结构参数对EFP成型的影响规律.结果表明,弧锥结合罩的圆弧曲率半径和锥角存在最优值,圆弧曲率半径在45～55 mm、锥角在145°～155°范围内取值较好.优化设计了一种戍型装药结构,并进行了试验验证,试验结果与数值模拟结果吻合较好,为进一步研究多模成型装药提供了参考.     

基于PER理论的聚能装药射流理论计算方法

以Behrmann和J.Carleone改进的PER理论为基础,通过P.J.Chou方法建立综合考虑药型罩、炸药、壳体等因素的压垮速度计算方法,对药型罩微元的压跨过程、射流头部参数(质量和速度)等进行修正,在此基础上建立Lagrangian坐标系下的射流空间运动方程,编制了相应的计算程序.与数值模拟结果的对比表明, 所建立的射流理论分析方法能有效计算射流参数,可为聚能装药结构设计提供参考.     

基于BP神经网络和遗传算法的环形药型罩优化

环形聚能装药相比传统的聚能装药具有侵彻口径大的优势,为了得到可以形成稳定的环形聚能射流的最优环形药型罩结构,提出了一种将数值模拟结果与BP神经网络相结合,并通过遗传算法对环形药型罩进行优化设计的方法。首先,利用正交试验法对环形药型罩进行方案设计,得到各因素对环形聚能射流稳定性的重要程度,其次利用LS-DYNA软件进行数值模拟得到最初的样本数据,然后通过MATLAB软件拟合出神经网络训练所需的样本数据,接着将环形药型罩结构参数作为BP神经网络的输入,射流头部速度、射流横向速度、射流长度分别作为输出进行训练,同时将测试值作为适应度,最后结合遗传算法选择最优的环形药型罩结构参数。研究结果表明:影响环形聚能射流成形的主要因素是药型罩口径和锥顶角,次要因素为药型罩罩顶厚、内罩偏移量和外罩偏移量; 当药型罩罩顶高为0.81 mm,药型罩口径为15.43 mm,罩顶角为61.89°,内罩偏移量为11.38%,外罩偏移量为14.36%时所形成的环形射流形态比正交实验所得环形聚能射流更好。     

单锥罩成型装药环起爆对侵彻体形成的影响研究

采用LS-DYNA数值仿真软件,研究了单锥罩成型装药在典型的正向和逆向环起爆下,药型罩锥角、壁厚、壁厚差等结构参数对侵彻体形成的影响。仿真结果表明：当锥角小于120°时,逆向和正向环起爆均可获得高速金属射流;锥角大于135°时,正向起爆可形成杆式射流。仿真结果与试验结果吻合较好。     

小长径比聚能战斗部数值模拟

运用有限元程序LS-DYNA分析软件,采用逆序起爆方式,对小长径比聚能战斗部进行探索与研究。分析了5种不同装药高度下侵彻体的威力与成型。结果表明:可以减少不必要的装药量,缩短装药长径比,获得长径比为0.4的小长径比战斗部。为提高侵彻体威力,也对药型罩壁厚进行了分析。分析表明,药型罩壁厚越薄,侵彻体速度越高。     

药型罩结构参数对侵彻体成型的影响

以弧锥结合罩型聚能装药为计算模型,应用显式有限元程序LS-DYNA计算分析了药型罩的罩高、锥高比例对侵彻体长度、长径比、头部直径及头部速度的影响规律。结果表明：随着罩高的增大,侵彻体的长度、长径比逐渐增大,头部直径逐渐减小,头部速度则先减小后增大;对于药型罩罩高大于0.15倍装药口径的装药结构,随着锥高比例的增大,侵彻体的长度、长径比及头部速度都逐渐增大,头部直径逐渐减小。试验验证表明,数值模拟得到的规律与试验结果符合较好。     

大锥角药型罩聚能装药结构对混凝土介质侵彻研究

采用脉冲X光照相、威力效应实验及数值模拟方法,对两种不同形状的大锥角药型罩聚能装药结构对混凝土的侵彻能力进行了研究,实验测试获得了大锥角截顶药型罩装药结构形成的爆炸成型杆式侵彻体的形状、头尾速度及对混凝土靶的侵彻参量;采用AUTODYN-2D程序对两种结构药型罩聚能装药的成形过程和侵彻过程进行了数值模拟.结果表明,相比于大锥角截顶药型罩,大锥角球缺型药型罩所形成的爆炸成型杆式侵彻体在混凝土靶中形成的孔道更能满足复合侵彻战斗部对一级侵彻的要求.     

阶梯式旋转EFP成形机理的数值研究

应用阶梯式药型罩对称凹凸结构的方法研究出一种旋转稳定而且带倾斜尾翼的EFP,利用TG建立三维有限元模型,采用非线性动力分析软件,分别对大锥角和球缺两种形式的阶梯药型罩成形情况进行模拟,最后通过对形成弹丸的外形及速度进行了分析,得出阶梯式药型罩有利于成型弹丸的飞行稳定,而且球缺罩成型情况要优于锥角罩。     

超聚能射流形成过程机理研究

提出一种超聚能射流形成的理论计算方法,给出了附加装置材料密度、厚度和药型罩锥角、密度、厚度与超聚能射流速度、有效质量之间的关系。基于非线性显式动力学分析软件AUTODYN,进行了超聚能射流形成过程数值模拟,其结果与理论计算结果基本一致。通过超聚能射流侵彻试验,证明试验结果与数值模拟结果吻合较好。研究表明：在一定范围内,随着药型罩锥角的增大,超聚能射流速度逐渐减小、质量逐渐增大;超聚能射流速度、有效质量及侵彻能力远大于传统聚能射流。     

起爆方式对聚能射流影响的数值仿真研究

应用ANSYS/LS-DYNA3D有限元分析软件,采用ALE算法对在同种装药结构条件下的药型罩顶部单点起爆、顶面双环线起爆、装药面轴向外壁中心单环线起爆、三环线起爆后形成的聚能射流分别进行了数值模拟。计算结果表明,起爆方式对射流性能有着重要的影响,不同起爆方式在装药中形成不同的爆轰波形,药型罩顶部双环线起爆比单点起爆后形成的射流头部速度提高11.6%;装药面轴向外壁线起爆比药型罩顶部任何方式起爆后形成的聚能射流头部速度都低,装药面轴向外壁三环线起爆比药型罩顶部双环线起爆后形成的射流头部速度降低18%;同时进行了验证实验,仿真结果与实验结果吻合。     

截顶装药结构的成型特性研究

截顶结构超聚能装药较常规聚能装药具有更加优异的综合毁伤能力,即侵彻深度和侵彻口径可以大幅度提升.为了提高大锥角聚能装药结构的侵彻深度和侵彻口径,对大锥角聚能装药进行了截顶结构设计,通过调整附加装置结构及材料,并对药型罩的结构进行调整,初步设计了6组方案,利用AUTODYN-2D软件对不同聚能装药结构的成型特性进行数值仿...