长杆弹超高速侵彻砂浆靶临界速度的实验和计算

为了研究高强度合金钢长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,开展了30CrMnSiNi2A长杆弹以初速度1 381~1 879 m/s侵彻半无限砂浆混凝土靶的实验。实验结果表明：靶板的开坑直径、开坑深度、开坑体积以及弹道孔径与侵彻速度呈近似线性关系;当侵彻速度小于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而增大;当侵彻速度大于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而减小;当速度为1 724 m/s时,侵彻深度达到最大。靶板的剖分结果显示:当长杆弹超高速侵彻靶板时,弹体着靶时微小的倾角会导致侵彻弹道发生严重的偏转,呈现为“J”字形弹道。基于实验结果,在考虑长杆弹头部变形的基础上利用修正的A-T模型,得到了长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,分析了不同的弹靶参数对临界速度的影响,并结合实验数据,验证了理论模型的可靠性。     

两种非圆截面弹芯的侵彻性能研究

对两种同长度、同质量、同密度的非圆截面弹芯的侵彻性能进行了研究。结合弹芯侵彻靶板试验，建立了三维有限元计算模型。为了分析弹丸侵彻过程中一些重要参数变化规律，计算了不同初始速度时弹芯的侵彻深度，并给出随入射角不同，两种截面弹芯侵彻靶板莳深度变化。计算结果表明：在相同条件下侵彻深度随速度的增加而增大；相同速度下侵彻深度随入射角的增大而减小，在角度增大到某一定值时子弹跳飞。数值结果与试验结果吻合较好。对非圆截面弹芯的设计有一定的参考价值。     

异型侵彻体垂直侵彻半无限靶板试验研究

针对速度为1.4～1.9 km/s,长径比为20,在相同的质量和横截面积条件下,3种截面形状(三角形,四边形及圆形截面)的长杆体,时其垂直侵彻半无限靶板特性进行了试验研究.研究表明:在此速度范围区间,3种截面形状杆体的侵彻深度随速度变化趋势相同,但当着靶速度高于1.7 km/s时,三角形截面杆的侵彻性能最好,四边形次之,圆形截面杆最差.     

内外径比对PELE横向效应影响的数值模拟

为分析内外径比对侵彻膨胀弹横向效应的影响,采用有限元软件LS-DYNA对装填尼龙的侵彻膨胀弹以1200 m/s着靶速度侵彻4340钢靶板的过程进行了数值模拟.结果表明,当内外径比较小时,弹体的残余速度较大,而靶板的出口直径较小,其与靶板的作用过程接近于实心杆;当内外径比较大时,填充物与靶板作用面积大,壳体膨胀,孔径增大,横向效应的产生区域较大.综合考虑横向效应的有效发挥和影响因素,在文中选定的较优PELE 和靶板参数条件下,侵彻膨胀弹的内外径比取0.6～0.8比较适宜.     

长杆弹截面形状对垂直侵彻深度的影响

结合现有实验数据,针对圆形、矩形和三角形3种截面形状的5种93W长杆弹对半无限4340钢靶在入射速度为1500～1800m/s时的侵彻进行数值研究。结果表明:数值计算结果与实验吻合较好;对于同种入射速度、相同弹体长度、同种弹体和靶板材料而言,等截面面积的三角形截面的长杆弹侵彻深度明显高于矩形和圆形截面的侵彻深度,而圆形与矩形之间并没有明显区别;三角形截面长杆弹侵彻过程中的自锐化现象是其侵彻深度明显大于其它两种弹体的主要原因。     

伸出式侵彻体斜侵彻有限厚靶板数值模拟

文中进行了伸出式侵彻体斜侵彻有限厚靶板的试验，利用有限元程序LS-DYNA对伸出式侵彻体侵彻有限厚靶进行了三维数值模拟，从靶后动能的角度和同质量同外径的基准杆的侵彻能力做了比较。分别描述了伸出式侵彻体和基准杆侵彻靶板的物理图像．得出了侵彻体动能随时间的变化规律。结果表明在整个火炮初速范围内，伸出式侵彻体的动能下降率要小于基准杆；在低速段，伸出式侵彻体相对于基准杆的优势不是很明显。但随着撞击速度的增大，伸出式侵彻体的靶后动能优势较为明显，而且靶后动能的增益随侵彻速度的增加而增加。     

固连接异形侵彻体最小内外径比的确定

根据两阶段空腔膨胀理论建立的杆侵彻弹坑形成模型，建立了固连接异形侵彻体最小内外径比的表达式。通过计算得出了火炮初速范围内固连接异形侵彻体的最小内外径比随撞击速度的变化规律。结果发现内外径比为0．5时前端杆开的坑径不足以使后端管不受干扰地进入。而增加到0．6时便能满足要求。     

圆管与圆杆组合体对半无限均质钢靶侵御深度研究

依据圆管、圆杆初始撞击动能与弹坑体积之比相等的假设，建立了同材料圆管与圆杆对半无限均质靶板侵彻深度之比的简化理论模型。推导出圆管与圆杆的侵彻深度之比是两者的长度比、初始撞击速度比、坑径比和圆管内外径比的函数。在同一初始撞击速度、相同长度、圆杆直径不大于圆管内径条件下，对影响圆管和同长度同材料圆管与圆杆组成的圆管一圆杆异型侵彻体侵彻深度的参量进行了讨论，并给出圆管与圆杆侵彻深度之比的变化范围。圆管与圆杆侵彻深度之比在同材料同长度下理论计算值与实验数据有很好的一致性。所有这些都为伸缩式、大长径比新型动能穿甲弹结构设计提供了理论基础。     

长管体垂直侵彻半无限均质靶板的数值模拟

利用Johnson-Cook材料模型与Grunissen状态方程,对长管体侵彻半无限均质靶板进行了数值模拟,并与实验进行了比较.结果表明,数值模拟结果与实验结果具有较好的一致性,长管体侵彻能力和物理过程受内外径比的影响较大.     

长杆弹超高速侵彻金属靶体的实验和模型分析

长杆动能弹体超高速侵彻金属靶板的终点效应是坦克、装甲车和舰船等装备防护设计和穿甲毁伤评估研究的重点。基于已有的大量长杆弹超高速(着靶速度达5.5 km/s)侵彻实验数据,详细讨论了弹体尺寸效应、长径比、弹靶材料和弹体头部形状等参数对长杆弹侵彻深度的影响。进一步结合4组不同弹靶材料的长杆弹侵彻实验数据,对比分析了已有4个长杆弹高速侵彻金属靶体经典理论模型的预测效果,给出了各模型的使用建议。得出的结论可供武器毁伤和金属装甲效能评估和设计参考。     

后置组合杆体侵彻机理研究

为提高杆式侵彻体的侵彻威力,设计了一种新的后置组合杆体结构。进行了相同外形结构的后置组合杆体与单一均质杆体垂直侵彻半无限钢靶的对比试验,试验结果表明,后置组合杆体侵彻能力优于均质杆体,侵深最大增加了25%. 通过数值仿真对后置组合杆体侵彻能力优于均质杆体的原因进行了分析,并与试验结果进行了比较验证。进一步数值模拟了4种不同配置的后置组合杆体在1 000~1 600 m/s着靶速度段侵彻半无限钢靶,得出了不同配置后置组合杆体的侵彻效率与着靶速度的对应关系。     

有攻角长管体垂直侵彻半无限厚靶的简化模型

描述了带攻角长管体垂直侵彻半无限厚靶的物理图像,分析了"靶芯"力的大小和方向,建立了侵彻简化模型;给出了在不同的初始攻角条件下,管体在侵彻过程中攻角和穿深的变化规律.相同速度下,随着初始攻角的增大侵彻深度变小,基本呈线性关系.计算结果与实验结果吻合较好.     

伸出式侵彻体垂直侵彻半无限靶数值模拟

对伸出式侵彻体垂直侵彻半无限靶板的物理过程进行了描述,分析了侵彻过程中一些重要参量的变化规律,并对此过程进行了三维数值模拟,模拟结果与试验结果有较好的一致性;与具有相同质量相同外径的基准杆进行了比较,结果表明,在火炮速度范围内,伸出式侵彻体相对基准杆有较大的穿深增益,而且这种穿深增益随着撞击速度的增加而逐渐增加.     

金属靶材料密度对抗弹性能影响的实验研究

述及了金属靶材的密度对其抗弹性能的影响所进行的实验研究。用100滑模拟钢弹和钨合金弹撞击钢、铝、铜、钛、铅、钨6种金属靶,实验结果表明长杆穿甲弹的侵彻深度与金属靶材料密度的0.36次幂成反比。建立了一个适合于长杆弹侵彻均质金属靶使用的关系式p/D_p=1.79(ρ_P/ρ_t)~(0.69)(ρ_tV~2/Y_t)~(1/3) 其中V是子弹的撞靶速度,ρ_p和ρ_t是弹材和靶材的密度,Y_t是靶材的动态屈服强度,P为侵彻深度,D_p为弹径。     

双层复合线型药型罩侵彻靶板的数值分析

为了提高装甲防护能力,在双金属复合线型药型罩的基础上设计内罩(不接触炸药)与外罩(接触炸药)壁厚比为1:1的双层结构.应用LS-DYNA 3D软件,采用多物质ALE方法,对内铝外铜、内铜外铝、内铁外铜、内铜外铁、内铜外铜(单金属对比组)5种分配情况进行数值仿真计算.在药型罩结构、炸药装药量、炸高相同的情况下,对比不同情况下射流形态及断裂状况,射流在半无限靶上的剩余穿深及开孔大小.分析结果表明:内铜外铝组的射流形态及侵彻开坑效果最好,可为双金属复合线型药型罩的优化和设计提供参考.     

变截面长杆对半无限靶的侵彻特性分析

文中对等质量的变截面长杆侵彻均质半无限靶进行了数值分析。通过正、斜两种情况下的计算结果表明，弹体截面结构对侵彻深度有影响．尤其弹头的形状对开坑时能量损失有直接关系。这一结论可用于长杆结构设计。