罩间隙对3层串联EFP成型影响数值模拟研究.pdf

第 卷 第 期兵 器 装 备 工 程 学 报 年 月 收稿日期:修回日期:基金项目:山西省基础研究计划(自由探索类)项目()作者简介:徐粲()女硕士研究生:.通信作者:尹建平()男博士教授博士生导师:.:./.罩间隙对 层串联 成型影响数值模拟研究徐 粲尹建平张雪朋伊建亚(中北大学 机电工程学院 太原)摘要:为了研究不同罩间隙对 层串联 战斗部的影响以 层球缺药型罩为基础设计了无罩间隙、.、.、.、.罩间隙共 种方案运用 软件进行仿真模拟对得到的结果进行了对比分析 结果表明:罩间隙的存在会影响 层串联 的成型增大 层串联 的长径比提高中层罩和内层罩形成的 的速度增强 层串联 的侵彻能力罩间隙为.时速度增加量最大分别为.和.种方案中罩间隙为.时形成的 层串联 侵彻能力最强关键词:罩间隙 层药型罩数值模拟本文引用格式:徐粲尹建平张雪朋等.罩间隙对 层串联 成型影响数值模拟研究.兵器装备工程学报():.:.():.中图分类号:.文献标识码:文章编号:()():.:引言随着科学技术的发展装甲目标的防护能力逐渐增强间隔装甲、复合装甲、贫铀装甲、屏蔽装甲、反应装甲等技术被广泛采用现在的装甲目标已经成为运动速度快、火力猛、威力大、防护能力强的移动堡垒 多层串联 战斗部是近几年提出的新概念战斗部之一这种战斗部起爆后可以在同一轴线上形成多个串联 能够有效应对新型装甲目标为了进一步提高多层串联 战斗部的威力众多学者 对其展开研究 等对双层串联 进行了实验研究实验中使用的药型罩由钽和铁组成形成了钽头铁尾串联毁伤元 窦成彪等研究了药型罩层数对 战斗部的威力的影响结果得出 层和 层的药型罩结构侵彻效果最好 任芮池等分别研究了等罩间隙、罩顶间隙和罩底间隙存在时对双层串联 成型的影响研究结果表明:等罩间隙方案随着间隙增大前级 有断裂趋势罩底间隙方案则有利于形成速度差更大且外形良好的串联 罩顶间隙方案有利于形成外形良好的串联 但串联 的速度差基本保持不变 但他们并没有研究罩间隙的存在对串联 的侵彻能力的影响 何佳全等研究了药型罩的曲率半径、壁厚和材料对串联 成型的影响 龙源等研究了起爆点数目对双层串联 的成型及毁伤效果的影响 可以看出前人对多层串联 成型的影响因素进行了诸多的探索并取得了一定的成果本文中以任芮池等人的研究为基础以 层串联 战斗部为研究对象采用 软件对不同药型罩间隙的 层串联 的成型与侵彻靶板的过程进行数值模拟进一步研究不同罩间隙对 层串联 侵彻效果的影响 为多层串联 战斗部的进一步研究提供参考 有限元模型的建立本文中所设计的战斗部主要由装药和药型罩组成 装药直径 内层药型罩外轮廓的曲率半径 装药高度 层药型罩厚度由外到内分别为.、.、.(靠近装药的药型罩为内罩、远离装药的药型罩为外罩)药型罩为次口径球缺药型罩 为了研究不同药型罩间隙对 层串联 成型与侵彻效果的影响本文共设计了 种不同的方案分别是无罩间隙时 层串联 战斗部和罩间隙为.、.、.、.、.时 层串联 战斗部且 层药型罩的厚度保持不变 种方案中内层药型罩外轮廓的曲率半径均为 变化间隙的过程中内罩始终与装药贴合 罩间隙存在时的 层串联 战斗部结构如图 所示图 中 代表罩间隙图 罩间隙存在时的战斗部结构.为了得到更好的仿真效果建立了完整的 层串联 战斗部 模型模型采用 软件进行网格划分划分的网格为六面体网格如图 所示 数值模拟计算采用/软件模型采用 算法 装药为奥克托今炸药()采用 材料模型和 状态方程表 为奥克托今炸药的基本参数药型罩材料均为铜采用 材料模型和 状态方程表 为药型罩材料的基本参数图 罩间隙为.时的战斗部网格模型.表 的基本参数 /()/()/.表 铜的基本参数 /()/.为了比较 层串联 战斗部有罩间隙、无罩间隙及存在不同罩间隙时的毁伤效果在炸高为.处设立了尺寸为 的半无限靶靶板材料为钢采用 材料模型和 状态方程 靶板同样建立了完整的 模型采用 软件徐 粲等:罩间隙对 层串联 成型影响数值模拟研究进行网格划分 层串联 成型数值模拟研究 的成型是在药型罩与炸药的爆轰产物相互作用下实现的炸药爆炸后爆轰波作用于 层药型罩各微元的力的大小和方向均不同因此药型罩各微元所获得的速度也各不相同这种速度的差别是导致 成型与分离的主要原因 由数值模拟得到的无罩间隙时 层串联 的成型过程如图 所示由图 可见炸药起爆后爆轰波到达药型罩使药型罩彼此之间相互碰撞并向后翻转 时药型罩的尾部开始分离 时 层药型罩均向后翻转完成 时 层罩彼此之间产生间隙 时 层药型罩之间的间隙变得更大 时形成稳定的 层串联 弹丸图 无罩间隙时 层串联 成型过程.不同罩间隙对 层串联 的影响.不同罩间隙对 层串联 成型形态的影响为了了解不同罩间隙对 层串联 成型的影响对前面设计的 种不同罩间隙方案进行了数值模拟 时不同罩间隙形成的 层串联 图像如图 所示由图 可见此时形成的 层串联 弹丸趋于稳定但 层串联 均未发生分离 分析原因可能为外层药型罩形成的 尾部速度与中层药型罩形成的 头部速度相差不大中层药型罩形成的 与内层药型罩形成的 未分离的原因也是如此此外由图 可见罩间隙的存在会对 层串联 成型产生影响与无间隙时相比存在罩间隙的 层串联 战斗部外层药型罩形成的 头部实心部分的长度略有拉长且随着罩间隙的增大变得越发尖锐使其具有更好的侵彻能力随着罩间隙的增加中层药型罩形成的 头部实心部分变短影响其侵彻能力但对内层药型罩形成的 的成型影响不大分析原因可能为当爆轰波与周围介质相互作用时会在介质中产生激波或应力波推动物体运动 罩间隙的存在会使炸药爆炸产生的爆轰波与罩间隙的空气介质相互作用产生额外的应力波作用于药型罩因此会对存在罩间隙的 层串联 的成型产生影响图 不同罩间隙形成的 层串联().()时不同罩间隙形成的 层串联 的长径比见表其中/是外层药型罩形成的 的长径比/是中层 的长径比/内层 的长径比表 不同罩间隙形成的 层串联 的长径比()()罩间隙/.由表 可见外层 和内层 的长径比均随罩间隙的增加而增加罩间隙在 .时中层 的长径比随罩间隙增加而减少在.时中层 的长径比随罩间隙增加而增加长径比总体呈上升趋势罩间隙为.时 层串联 的长径比最大 因此罩间隙的存在会使 层串联 的长径比增加.不同罩间隙对 层串联 速度的影响 层串联 的良好外形对其毁伤效果具有重要影响此外形成稳定的 层串联 时所具有的速度也是影响其毁伤效果的重要因素之一 不同罩间隙情况下 层药型罩速度的具体数值如表 所示 层 速度的折线图如图兵 器 装 备 工 程 学 报:/./所示通过图 可以直观地观察到不同的罩间隙对 层串联 稳定飞行时速度的影响表 不同罩间隙情况下 层药型罩的速度 罩间隙/.外层 速度/()中层 速度/()内层 速度/().图 不同罩间隙情况下 层 的速度.由表 和图 可见与无罩间隙时的 层串联 战斗部相比罩间隙的存在会增大中层罩和内层罩形成的 的速度且罩间隙为.时对中层罩和内层罩的速度增加量最大分别增加了.和.但对外层罩形成的 的速度影响不大分析原因可能为炸药爆炸时的爆轰产物作用于内层药型罩并向其传递能量内层药型罩又通过药型罩彼此之间的相互作用将能量向前传递使各层药型罩获得不同的动能形成具有不同速度的 层串联 因为外层 的速度变化不大所以罩间隙的存在并不影响能量向外层药型罩的传递但由于罩间隙的存在使 层药型罩彼此之间的相互作用减少从而使中层罩和内层罩自身保有更多的动能增大了中层罩和内层罩形成 的速度.不同罩间隙对 层串联 侵彻能力的影响 层串联 战斗部主要依靠其形成的 个串联 对目标进行接力侵彻来实现穿甲 种方案的 层串联 侵彻靶板结果如图 所示 种方案的 层串联 对靶板的侵彻深度如图 所示由图 可见罩间隙为.时 层串联 战斗部对靶板的侵彻深度均高于无罩间隙存在时的 层串联 战斗部且罩间隙为.时侵彻效果最好 种方案的靶板开孔直径如图 所示由图 可见罩间隙为.和.时 层串联 对靶板的开孔直径大于无罩间隙时的 层串联 战斗部罩间隙为.时 层串联 对靶板的开孔直径小于无罩间隙时的 层串联 战斗部 综合考虑罩间隙为.时 层串联 战斗部对靶板的侵彻能力最强 由此可得设置合适的药型罩间隙可以增强 层串联 的侵彻能力图 种方案侵彻靶板结果.图 种方案的靶板侵彻深度.图 种方案的靶板开孔直径.徐 粲等:罩间隙对 层串联 成型影响数值模拟研究 结论本文通过 软件对无罩间隙时和不同罩间隙存在时的 层串联 战斗部进行数值模拟 通过对 层串联 的成型、层串联 的速度和对靶板的侵彻结果的对比得到如下结论:)罩间隙的存在会对 层串联 的成型产生影响使外层罩形成的 头部实心部分长度增加且更尖锐具有更好的侵彻能力使中层药型罩形成的 头部实心部分变短但对内层 的成型影响不大使形成的 层串联 的长径比增大且随罩间隙的增加 层串联 的长径比逐渐增加)罩间隙的存在会提高中层罩和内层罩形成 的速度且罩间隙为.时速度增加量最大分别为.和.但对外层罩形成 的速度影响不大 )本文中罩间隙的存在可以增强 层串联 的侵彻能力罩间隙为.时形成的 层串联 对靶板的侵彻深度最大罩间隙为.和.时形成的 层串联 对靶板的开孔直径高于无间隙时的开孔直径 种方案中罩间隙为.时的 层串联 战斗部侵彻能力最好参考文献:尹建平.多爆炸成型弹丸战斗部技术.北京:国防工业出版社:.:.郑元枫马红兵肖艳文等.三层串联 成型与分离行为.北京理工大学学报():.():.史志鑫尹建平窦成彪.药型罩材料对三层串联 成型影响研究.弹箭与制导学报():.():.黄松尹建平张斐等.多层串联 成型及侵彻对比分析研究.火工品():.():.任芮池王树有蒋建伟等.串联爆炸成型弹丸飞行气动特性的数值模拟研究.兵工学报():.():.姜弛王义磊.壳体对串联 成型影响的数值模拟.河北农机():.():./.:.窦成彪尹建平徐全振等.同轴式多罩体 战斗部成型与侵彻的仿真分析.兵工自动化():.():././.:.何佳全刘博文兰添等.药型罩结构与材料对串联 成型影响的数值模拟.装备制造技术():.():.龙源刘健峰纪冲等.多点起爆对双层药型罩爆炸成型弹丸成型及侵彻特性的数值模拟研究.兵工学报():.():.:.():.科学编辑 王雅君 博士(西安现代控制技术研究所工程师)责任编辑 周江川兵 器 装 备 工 程 学 报:/./