动能杆对靶板毁伤效应的数值模拟

为了研究不同姿态的动能杆条对靶板的毁伤效应以及杆条姿态对靶板毁伤效应的影响，采用数值模拟的方式，对长径比L/D=10，速度V0=0．8-2km／s的动能杆条在大攻角、大着角范围内的穿甲问题进行了研究。杆条穿靶的示意图如图1(a）所示。图中杆条为20号钢，直径D=φ10，初始质量M0=61．7g，靶板材料为硬铝，厚度H=20mm。杆条速度方向如图所示，     

爆炸驱动动能杆定向抛撒散布试验

动能反导技术作为新型的反导技术，原理是在拦截弹和目标的相对速度方向上，抛射出大量动能杆条毁伤目标。其核心技术之一就是动能元素的抛撒，特别是定向抛撒。国外研究一般集中针对既定抛撒装置结构的杆条抛撒结果验证性报道，缺乏对杆条抛撒影响因素的详细研究。本文提出了采用周向弧形状药选择区域爆炸驱动中心杆条束定向侧向飞散的动能扦定向抛撒装置方案，设计不同结构参数的杆条定向抛撒装置的试验，研究抛撒结构参数对动能杆的驱动特性影响规律，为新概念反导战斗部设计提供技术帮助。     

基于面元检测方法的反导战斗部毁伤评估系统

基于计算机技术的战斗部毁伤评估系统不仅能评价战斗部的作战效能，指导战斗部的威力评定和战斗部设计，而且从目标角度，可评价目标的易损性及其生存力以及防护水平，具有很广的应用范围和重要的意义。反导战斗部毁伤评估系统是战术弹道导弹（TBM）、战斗部和交会关系的一个三元系统，根据系统的功能和特点，确定系统的功能模块和数据流，最终确定系统的总体框架见图1。     

基于虚拟模型的目标易损性／战斗部威力评估方法

随着计算机技术的发展及军事需求的增长，目标易损性／战斗部实战威力（V/L）的仿真评估方法研究，已经从简单的战斗部威力参数评估发展到实战毁伤威力的仿真模拟，评估目标也从简单的简化目标发展到复杂的三维目标。但是，采用目前的传统评估技术和方法仍难以实现目标三维模型的描述，以及弹目交会作用结果的精确分析。因此，有必要结合计算机仿真技术及高精度目标毁伤评估技术，研究新的目标毁伤评估方法，为目标毁伤／战斗部威力的高精度评估奠定基础。     

动能杆侵彻目标靶毁伤效果研究

针对动能杆侵彻目标靶的毁伤评估问题,从有限元角度出发,在数值模拟的基础上,提出了单根动能杆的毁伤指数计算模型;以不同杆体角(从-60°到90°以30°递增)和速度角(从0°到75°以15°递增)对靶板进行侵彻仿真,得到了多种情况下动能杆的毁伤指数和分布规律。一般情况下,毁伤指数随速度角的增加而增大,但当速度角为30°或60°时,速度角和杆体角一致时毁伤指数最大,并针对此种情况进行了分析。将动能杆垂直侵彻靶板的仿真结果与经验公式的计算结果进行了对比,二者相差4.06%,证实该仿真方法是可行的。     

基于数值计算结果的破片战斗部威力仿真方法

建立了包含数值方法和分析方法的威力仿真方法。考虑数值计算的规模和复杂度，采用爆轰计算获得初始时刻破片场，利用分析方法描述破片飞散和破片作用目标的过程。采用该威力仿真方法，实现了对破片场形成、破片飞散、破片作用目标的全过程描述。数值计算采用LS-DYNA软件，为了获得战斗部初始时刻破片场，开发了接121处理程序。利用分析方法，建立了破片飞散和破片毁伤性能评估模型，飞散模型中考虑空气阻力等因素的影响，破片毁伤性能评估模型中采用THOR方程预估破片剩余速度、剩余质量和最大穿透厚度，从而获得破片弹道、破片威力参数和破片对靶板的毁伤效果。通过对虚拟靶板上命中破片进行统计，计算出破片命中靶板密度分布和破片飞散角分：布，完成破片战斗部威力仿真试验。在威力仿真方法的基础上，建立了系统仿真模型（图1）。采用面向对象的Visual Studio．NET编程语言，实现威力仿真软件的编码。     

非金属壳体低附带战斗部实验与破片飞散分析

为了研究低附带战斗部的非金属破片飞散特性,结合某低附带杀伤战斗部静爆威力实验,对战斗部爆炸产生的非金属破片初速以及速度衰减情况进行了分析。基于能量守恒得到了包含壳体结构和材料强度因素的破片初速公式;基于破片在空气中飞行运动情况的分析,通过对球形破片阻力公式和等效面积进行修正,得到了非金属自然破片的速度衰减规律。所得结果较好地解释了战斗部静爆实验中的破片终点效应情况,亦可为该类战斗部破片毁伤效应评估提供一种分析方法。     

起爆方式对复合战斗部毁伤输出的影响

为了进一步提高复合战斗部的毁伤输出效率,基于一种可形成聚能侵彻体、预制破片和自然破片3种毁伤元的破甲杀伤复合战斗部结构,应用LS-DYNA数值仿真软件,研究了起爆点位置、起爆直径和起爆点数量对复合战斗部各毁伤元成型和能量输出的影响,讨论了实现战斗部毁伤威力可调的技术路径。结果表明:起爆点距药型罩越远、数量越多、起爆直径越大,由药型罩形成的聚能侵彻体的头部速度越高,头尾速度差和长径比越大,速度增益最高可达50%,可以实现爆炸成型弹丸(EFP)到聚能杆式侵彻体(JPC)转换;在装药内部轴线阵列多点起爆时,聚能侵彻体的成型基本仅与离药型罩最近的起爆点有关。对于预制破片,装药高度60 mm(P2)处起爆速度最快,增加起爆点数量和增大起爆直径可以有效提高预制破片的最高速度,但整体上最低速度仍在600 m/s上下波动,变化并不显著。对于壳体形成的自然破片,以平均速度来表征时,整体变化并不明显,速度增益不足10%,但合理的起爆方式可使壳体断裂形成的自然破片更均匀,有利于调整破片质量分布。通过控制起爆方式可在一定程度上实现复合战斗部毁伤威力可调,但对于破片速度的调控仍需进一步研究。     

切割式双模战斗部毁伤元成型及侵彻钢靶特性研究

 基于60 mm弧锥结合罩爆炸成型弹丸（EFP）装药,设计了一种在药型罩前适当位置安装可抛掷的十字形网栅的切割式双模战斗部结构,其具有生成单个EFP或者多爆炸成型弹丸（MEFP）的功能;根据目标属性,可选择性地改变战斗部的毁伤元成型模式,实施最有效的打击。利用LS-DYNA程序,对两种模式毁伤元成型及侵彻45钢靶过程特性进行了数值模拟,模拟结果与地面静爆实验结果吻合较好。研究表明,该战斗部形成的单个EFP能贯穿25 mm厚45钢靶,可有效打击重装甲目标;经网栅切割后能形成5片具有一定质量和方向性、可贯穿6 mm厚45钢靶的EFP破片,显著提高了对轻装甲目标的毁伤概率。     

伸出式侵彻体攻角侵彻靶板的数值模拟研究

 利用LS-DYNA3D软件,对有攻角条件下伸出式侵彻体侵彻单层靶板及等厚度双层间隔靶板进行了数值模拟研究,从靶后动能和靶板破坏程度的角度对比了伸出体与同质量、同外径的基准杆侵彻单/双层靶板的能力。得出了侵彻体动能随时间变化的规律,分析了侵彻过程中攻角、速度及靶板分层3个重要因素对侵彻体侵彻能力的影响。结果表明：当攻角小或速度大时,伸出式侵彻体相对基准杆有较明显的优势;当双层靶板的间隔与基准杆长度相等时,靶板的分层对伸出体的侵彻性能几乎无影响,而对基准杆有较大影响,说明伸出体侵彻多层间隔防护结构的能力明显优于基准杆。     

FAE装置参数对燃料抛撒与爆炸威力影响的实验研究

 采用高速运动分析系统对FAE实验装置爆炸抛撒过程进行观测,描述了燃料抛撒过程的不同阶段,实验研究了比药量、长径比、壳体材质等装置参数对燃料抛撒与爆炸威力的影响。结果表明,燃料抛撒过程可分为射流形成与扩散运动阶段、燃料两向膨胀运动阶段和气液融合运动阶段。不同阶段对应不同的流体动力学特征,对云团形成的贡献不同。在实验装置总体优化条件下,适当增大比药量可提高云团覆盖面积与体积;在实验范围内长径比不是影响云团状态的显著因素,但长径比较大时可使燃料抛撒均匀性更好;采用钢质壳体时云雾抛撒状态明显优于铝质壳体。实验证明,采用碳钢壳体、比药量3%左右、长径比为3~5且装置参数良好匹配时,可获得理想的云团状态和高威力爆炸波毁伤效应。     

破片对带铝壳炸药的冲击起爆数值模拟研究

 采用AUTODYN-2D数值模拟软件,应用冲击起爆Lee-Tarver模型,对钢破片撞击带铝壳Octol炸药的起爆问题进行了数值模拟,分析了冲击起爆机理及破片形状、着速、铝壳厚度等因素对炸药起爆特性的影响规律,利用“升-降”法得到了破片对Octol炸药的临界冲击起爆速度。研究结果对反导战斗部破片杀伤元素的设计具有指导意义。     

钨合金杆侵彻半无限厚铝合金靶的数值研究

 使用LS-DYNA程序对钨合金杆侵彻半无限厚铝合金靶问题进行了数值模拟研究,参考文献中的实验数据,分别建立了在低着速与高着速情况下所适用的计算模型,标定了材料参数,计算了撞击速度从200 m/s到2 500 m/s范围内的侵彻情况,计算结果与实验数据符合较好。同时研究了影响长杆侵彻效能的主要因素,结果表明,在高着速的情况下,杆的头部形状对侵彻深度的影响很小,以杆长无量纲化的侵彻深度（P/L₀）随长径比（L₀/d）的增大而降低。     

钻地弹的力学设计

对于单纯动能侵彻的钻地弹，存在侵彻深度上限。在战术技术指标一定的前提条件下，弹体结构的优化可实现最大侵深，其中弹体结构的力学设计尤为重要，如弹形、弹材、质量比、长径比等。又因为弹体常为细长中空结构，其抗弯能力和各截断体的连接（包括连接位置和方式等）对其在斜撞击中过靶结构完整性有决定作用。为此，结合作者先前关于穿甲／侵彻的理论工作，开展钻地弹弹体设计的力学分析。     

复合材料弹侵彻混凝土靶的研究

 利用碳纤维复合材料壳体和金属弹头组成的复合弹体,对混凝土靶进行了高速侵彻实验,弹体分别以336、447和517 m/s的速度对强度为30 MPa、厚度为200 mm的混凝土靶进行正侵彻和30°斜侵彻。实验结果表明：碳纤维复合材料壳体具有较高的强度,在高速侵彻靶体的过程中弹体结构能够保持完整,复合材料壳体没有纤维分层和断裂产生。相对于同样结构尺寸的金属弹体（将复合材料壳体替换为密度7.8 g/cm³的金属材料）,复合材料弹填充物的质量分数（18.5%）约为金属弹体的两倍,因此采用轻质高强复合材料替代高密度金属弹身,不仅可以提高弹体装填比、增加比毁伤威力,而且还具有较高的侵彻能力。     

46．7MeV／u~（12）C轰击~（197）Au、~（115）In、~（58）

用气体电离室－半导体位置灵敏探测器望远镜测量了４６．７ＭｅＶ／ｕ（１２）Ｃ离子轰击（１９７）Ａｕ，（１１５）Ｉｎ，（５８）Ｎｉ靶时，在大角区发射的从Ｌｉ到Ｍｇ的复杂碎片能谱；由各碎片的能谱提取了蒸发源的温度和碎片发射的最可几动能Ｅｐ，并与＝Ｖｃｏｕｌ＋２Ｔ计算的平均动能进行了比较，发现实验上提取的最可几动能Ｅｐ总是低于计算的．用Ａ．Ｆｒｉｅｄｍａｎ简单的统计公式对复杂碎片的产额进行粗糙拟合，拟合结果令人满意．     

Ni－50wt％Ti合金的择优溅射

用卢瑟福背散射技术测定了Ｎｉ５０ｗｔ％Ｔｉ合金在３０ｋｅＶＡｒ＋离子轰击时的组分原子（Ｎｉ和Ｔｉ）溅射角分布．结果表明，Ｎｉ原子和Ｔｉ原子的角分布存在差别：Ｎｉ原子在靶表面法线方向（发射角θ＝０°附近）择优发射，而Ｔｉ原子则在大发射角区域（θ＞４５°）发射较Ｎｉ强．根据元素在靶点表面按形貌特征局域富集情况的观测，对实验结果进行了讨论     

弹丸穿钢靶姿态变化的数值模拟

针对弹丸穿多层靶问题，采用数值模拟的方法，开展了弹丸结构参数对穿靶姿态研究。图l给出了弹丸穿靶主要姿态参数及可能的变化情况（弹丸穿靶前后速度方向变化忽略）。其中删轴偏转角速度（α=dβ/dt）。由于弹丸头部形状（如头部曲径比CRH、截卵高度比等）直接影响了弹丸在侵彻过程中的受力状态，因此也会影响着弹丸穿靶姿态。     

GH-927网络炸药配方

GH-927网络炸药是一种由敏化处理后的黑索金（RDX）为主炸药，弹性高聚物为粘结剂组成的可曲挠炸药。其特点是可以实现小直径、多拐角和大长径比传爆延时，主要用于常规战斗部起爆传爆序列装药，如鱼雷起爆器和爆炸逻辑网络装药。2003年研制了以RDX为基的两种网络炸药配方，2004年通过对比论证，确定了一种以RDX为基的GH-927炸药配方，并考察了该炸药的综合性能。     

爆炸成型弹丸战斗部不同侵彻着角下的毁伤能力研究

 利用LS-DYNA仿真软件,对爆炸成型弹丸（EFP）毁伤能力与EFP侵彻着角关系进行了研究。结果表明：随着EFP着角从0°增加到40°,EFP侵彻靶板的垂直侵彻深度减小了34.2%,开孔处孔径大小增加了18.2%。侵彻过程中,EFP头部速度与时间呈线性规律变化,并且当EFP着角越大时,头部速度下降趋势越快;EFP垂直侵彻深度与时间先呈线性增长,随后上升趋势变得缓慢;不同侵彻着角下的侵彻参数与时间的关系趋势一致。基于EFP的垂直侵彻理论和杆式弹的斜侵彻理论,结合仿真拟合曲线,得到了EFP垂直侵彻深度与侵彻着角的修正计算公式。