活性破片对钢板侵彻性能的实验研究

进行了弹道枪发射实验,研究了活性破片对钢板侵彻性能和毁伤效应。测量破片穿透不同厚度钢板的临界速度,采用高速摄影仪观察破片侵彻钢板过程和反应现象。实验结果表明,活性破片在497~1374 m/s速度范围内,撞击钢板时发生了反应,并伴随有强烈的燃烧、爆炸现象。在战斗部设计关心的1 500~2 200 m/s范围内,活性破片对典型的6 mm厚等效钢板具有足够的侵彻能力;且穿孔直径大于惰性钢破片。聚合物基体材料的强度低和撞靶反应是造成活性破片侵彻穿甲能力弱于钢破片的主要原因。活性材料强度和密度相对钢靶较低,导致撞击靶板过程中发生较大的镦粗变形以及侵靶过程中反应对靶孔产生径向膨胀效应使穿孔孔径增加。     

包覆式爆炸成型复合侵彻体成型与侵彻过程的数值模拟

针对典型包覆式爆炸成型复合侵彻体装药结构,采用AUTODYN-2D建立了相应的仿真模型,计算分析了爆炸成型复合侵彻体的成型与侵彻过程. 数值模拟结果表明：复合侵彻体成型过程包括压合、拉伸、断裂3个阶段,侵彻过程包括前驱侵彻体开孔和主侵彻体扩孔两个阶段. 通过对比分析成型与侵彻过程包覆物复合侵彻体作用机理的可行性.     

基于SPH方法的不同材质射流毁伤性能研究

为研究不同材质射流的毁伤性能,使用AUTODYN有限元软件,采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对Cu、PTFE、PTFE-Cu三种材料药型罩形成射流的成型及侵彻靶板过程进行了数值仿真,并通过实验进行验证.研究结果表明:Cu材料药型罩在爆轰波的作用下形成凝聚的射流,而PTFE和PTFE-Cu材料药型罩则形成飞散的粒子流;三种材料射流侵彻靶板过程中,Cu射流头部速度最低,侵彻深度最深,开孔最小;PTFE粒子流头部速度最高,侵彻深度最浅,开孔大小居中;PTFE-Cu射流的头部速度和侵彻深度都居中,而开孔最大;PTFE-Cu射流克服了PTFE射流侵彻性能不足的缺点,其开孔能力较之铜射流有所提高.      

爆炸成型杆式侵彻体对水介质间隔装甲侵彻的数值模拟

应用有限元动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,对爆炸成型杆式侵彻体侵彻水介质间隔装甲的过程进行了数值模拟,并结合实验校核了数值模拟算法、模型及材料参数,使模拟结果与实验结果相吻合. 探讨了爆炸成型杆式侵彻体侵彻水介质间隔装甲的规律,以及不同药型罩结构和爆轰波形对杆式侵彻体侵彻性能的影响.     

基于非等壁厚药型罩的准球形爆炸成型弹丸成型因素研究

采用试验验证过的数值模型,以爆炸成型弹丸速度、比动能和长径比为评价指标,系统地研究了装药长径比、药型罩内径、外径和药型罩中心厚度等对指标的影响规律,获得一种基于非等壁厚药型罩的准球形爆炸成型弹丸成型方案. 结果表明基于非等壁厚药型罩的准球形爆炸成型弹丸成型规律不同于利用挡环形成的准球形爆炸成型弹丸,以及同样利用非等壁厚药型罩形成的长杆式爆炸成型弹丸. 该爆炸成型弹丸成型方法结构简单,并可以实现较好的准球形爆炸成型弹丸外形和侵彻威力.      

半球型药型罩聚能装药侵彻混凝土的数值模拟

本文采用Ls_dyna有限元分析软件对半球型药型罩聚能装药爆炸形成杆式聚能侵彻体及其对混凝土的侵彻作用进行了数值模拟,结合威力效应实验,对其成型及侵彻过程进行了研究,获得了半球型药型罩装药结构形成侵彻体的形状、头尾速度及它们对混凝土靶的侵彻参量。初步获得半球型罩对混凝土目标的毁伤特性,为同类装药优化设计提供参考。     

翻转成型大长径比爆炸成型弹丸的数值模拟

以药型罩完全向后翻转方式生成的爆炸成型弹丸(explosively formed penetrator,EFP)通常无法完全闭合,带有较大的中空段,制约了EFP的长径比的进一步提高,而长径比是决定EFP侵彻威力的重要参数之一。对EFP的成型方式和药型罩型式之间的关系进行了分析,以进一步提高EFP的长径比为目标,设计了带有偏心药型罩和复合装药的EFP战斗部方案,以保证翻转后的药型罩完全闭合,进而生成大长径比的EFP。仿真算例表明由Φ190 mm口径EFP战斗部的药型罩转化生成的EFP,长径比为8. 13∶1,对钢靶板的侵彻深度达到1倍战斗部口径,为翻转成型方式在大威力EFP战斗部中的应用提供了技术支撑。     

隔栅对EFP破片成型及侵彻的影响

采用在成型装药前端加装金属隔栅的方法形成爆炸成型弹丸(EFP)破片模态,利用LS-DYNA程序仿真研究了隔栅对EFP破片成型及侵彻的影响,得到隔栅位置和结构对形成EFP破片速度和飞散情况的影响规律。研究结果表明,隔栅单元格边长为0.2倍装药口径、隔栅与药型罩端部之间的距离为1/12倍装药口径时,形成的EFP破片速度和散布面积较佳。采用优化的隔栅结构进行试验,试验与数值模拟结果吻合较好,说明该文结果可为多模成型装药的进一步研究提供参考。     

电铸镍药型罩侵彻体的高速变形行为

利用直流电铸法制备纯镍药型罩,对其爆炸变形前后的微观组织和织构进行对比观察,探讨电铸镍药型罩爆炸变形后侵彻体的高速变形行为.结果表明,电铸镍药型罩的晶粒形态由变形前的柱状晶转变为等轴晶,变形前存在的微观织构消失.侵彻体在高速变形过程中经历的是绝热变形过程.侵彻体与靶体的相互作用促使射流发生融化,并与靶体熔融形成铁镍合金.熔融的铁镍合金与侵彻体后续跟进的杵体发生接触,在杵体外部边缘部位凝固,生成复合组织.杵体在整个变形过程中经历了典型的动态回复和动态再结晶过程.     

双层药型罩侵彻半无限靶板的数值仿真研究

为了研究双层药型罩参数对其侵彻半无限靶板的影响,使用有限元软件AUTODYN,对双层药型罩的射流形成、延伸和破甲进行了数值仿真研究,得出了不同厚度比情况下炸高对侵深和孔径的影响规律.通过分析确定:厚度比为1时铝铜双层罩侵彻性能最好.给出了厚度比为1时多种材料的不同组合对侵深和孔径的影响规律,研究了相同质量条件下不同材料组合对侵深的影响.仿真结果为对进一步研究双层药型罩成型装药战斗部提供了依据.     

优化设计多模战斗部球缺型药型罩结构

运用ANSYS/LS-DYNA仿真软件,采用中心点起爆和环形起爆的方式,对多模战斗部球缺型药型罩进行结构优化设计。选取球缺型药型罩结构参数曲率半径和壁厚仿真进行仿真计算,并对计算结果进行了Matlab三维作图分析。找出了形成多模毁伤元EFP和JPC最优区间所对应的药型罩结构参数范围,其中药型罩曲率半径取0.7～0.9倍装药口径。药型罩壁厚取0.40～0.56倍装药口径。进行了多模毁伤元成型试验研究,试验结果与仿真结果较一致,为今后进一步研究多模战斗部提供了参考依据。     

活性复合罩聚能装药侵彻增强行为

为解决传统高聚物基活性罩聚能装药侵彻深度严重不足这一瓶颈性问题,提出了一种活性-铜复合罩聚能装药结构,并采用数值模拟和实验相结合的方法,研究了活性-铜罩射流成形及侵彻钢靶增强行为.仿真表明,内层铜罩主要形成高速前驱射流首先侵彻钢靶,活性材料外罩大部分形成杵体且可以随进侵孔内部.实验结果表明,与传统单一活性射流相比,活性-铜射流对钢靶造成的侵深更大,且侵彻性能与进入侵孔内的活性材料质量显著受炸高影响.实验与仿真对比表明,活性材料的爆燃反应会导致侵彻过程提前终止,可能的机理是其化学反应在侵孔内会形成超压,造成铜射流严重失稳,致使剩余射流无法再继续侵彻.      

杆式射流微元应力特性数值仿真

应用LS-DYNA动力学仿真软件及示踪点测试技术,对球缺型罩形成杆式射流的过程及不同位置微元所受应力随时间变化的规律进行了仿真研究. 通过分析药型罩顶部微元受轴向应力的二次峰值及持续时间、射流与杵体交界处微元等效应力、药型罩轴线上外侧微元与内侧微元应力差等参数,得到罩微元应力分布与杆式射流成型性的关系. 结果表明当罩锥角在100°~110°时,药型罩壁厚取0.07d时可得到成型性较好的杆式射流.     

典型反应破片冲击反应压力特性试验研究

为研究金属-氟聚物、铝热剂和金属间化合物等3种类型反应材料的冲击反应压力特性,选择Al-PTFE、Al-Fe₂O₃以及Al-Ni制成反应破片,基于弹道枪驱动发射,使破片冲击前置靶板,并在密闭箱体内发生剧烈化学反应,通过箱壁上不同位置处的压力传感器记录箱体内的动态压力散布特征. 试验结果显示,同体积反应破片以1 200 m/s冲击贯穿2 mm厚LY-12硬铝板,进入密闭试验箱内产生的反应压力峰值p_Al-Ni >p_Al-Fe2O3 >p_Al-PTFE;Al-Ni,Al-Fe₂O₃和Al-PTFE的能量释放率依次为74%、40%和10%,并且在试验中观察到了因反应材料二次燃烧反应消耗气体产生的负压峰值.     

爆炸成型弹丸对含水复合装甲侵彻的实验研究

对用于反舰(潜)复合式鱼雷战斗部的前级聚能装药爆炸成型弹丸进行了成型实验及其对多层含水复合装甲的侵彻实验,利用脉冲X光高速摄影技术和电探针测试技术得到了爆炸成型弹丸的飞行特性和对含水复合装甲的侵彻规律. 实验结果表明,采用变壁厚球缺罩聚能装药战斗部有利于侵彻大间隔含水复合装甲防护结构,为复合式鱼雷战斗部的优化设计提供参考.     

活性破片终点毁伤威力试验研究

针对活性破片终点毁伤威力问题,采用试验研究的方法,分析了活性破片的击穿能力、引燃能力和引爆能力. 结果表明,2.5 g活性破片在870 m/s以上碰撞速度条件下,能可靠击穿8 mm厚LY12硬铝,侵孔直径约为自身直径的1.6~2.0倍;10 g活性破片以大于800 m/s左右速度击穿10 mm厚LY12硬铝板后,可靠引燃航空煤油;10 g活性破片以大于960 m/s左右速度击穿6 mm厚A3钢板后,可靠引爆战斗部装药. 结合活性破片击穿能力可知,活性破片贯穿一定厚度靶板并达到其起爆阈值,就能引燃燃油或引爆装药.      

多点起爆下聚能装药金属药型罩碎裂行为

采用AUTODYN-3D数值模拟方法,研究了聚能装药在多点起爆方式下金属药型罩碎裂失效形成破片力学行为. 结果表明,多点起爆可使爆轰波在药型罩壁面相互叠加产生强应力集中带,并致使罩材沿应力集中带发生切割性失效,碎裂形成与起爆点数相等的规则杀伤破片. 进一步分析表明,起爆点数对破片成形有显著影响,增加起爆点数可提高破片飞散速度.     

活性破片能量输出特性实验研究

针对活性破片毁伤威力评估问题,提出了一种动态测量活性破片能量输出特性的方法,采用弹道发射的方式,实验测量了3种不同配方活性破片的能量输出特性.结果表明,活性破片在强碰撞载荷作用下会发生爆炸性反应并释放大量化学能,能量释放率与碰撞速度密切相关,当活性破片以约1500m/s的速度与目标碰撞时,所释放的化学能约为动能的5倍, 大幅提高了毁伤目标的能力.     

活性药型罩聚能装药作用混凝土靶毁伤效应

采用数值模拟和地面静爆实验相结合的方法,对活性药型罩聚能装药作用混凝土靶毁伤效应问题进行了研究.在Autodyn数值模拟中,活性药型罩爆炸驱动形成射流及侵彻混凝土靶过程采用二维欧拉算法,活性射流侵入混凝土内爆破过程采用三维SPH算法,活性射流冲击反应由Powder Burn模型描述,通过算法转换实现分步连续数值模拟.数值模拟结果表明,与金属射流相比,活性射流终点效应受炸高的影响更敏感,在约为1.0倍装药直径炸高下,活性射流可显著发挥侵爆联合毁伤优势,有效爆破深度约为6.5倍装药直径,当炸高超过2.0倍装药直径后,侵爆毁伤效应显著减弱.进一步与地面静爆实验结果相比,两者基本相吻合,验证了数值模拟的有效性.      

小口径聚能装药对反应装甲引爆效应数值模拟

基于AUTODYN-2D非线性动力学分析平台,对小口径聚能装药引爆典型爆炸反应装甲的力学和化学作用行为进行了数值模拟,得到了装药口径、药型罩锥角、药型罩壁厚和炸高对射流头部速度和起爆参量的影响规律.通过对射流作用爆炸反应装甲的引爆现象和夹层炸药中各点处压力变化进行特性分析,提出了综合判定爆炸反应装甲夹层炸药是否起爆的有效方法.研究结果为反坦克串联聚能战斗部前级装药设计提供参考.