本课题具有鲜明的工程背景，设计一种适于实验室用、性能可控的超高速碎片发生装置，并基于ANSYS/AUTODYN软件对其形成过程进行动力学有限元数值模拟，最终为超高速聚能碎片的工程研制提供帮助。

1.2  相关技术国内外研究现状

1.2.1  采用二级或三级轻气炮对破片进行加速

1.2.2  利用聚能装药来发射高速和超高速破片，国内也开展了相应的研究。

1.3  课题研究内容和拟采用的研究手段

针对实际工程问题，本研究课题主要是为了设计一种实验室使用、性能可控的超高速聚能碎片的发射装置，建立成型装药发射时药型罩压垮理论模型和射流截断理论模型。并基于有限元计算软件ANSYS中AUTODYN子软件来实现对聚能装药爆炸、药型罩压垮、射流形成及截断过程进行数值计算和模拟。为确定实验室用超高速聚能碎片的发射装置的设计提供参考。另外对新型装置进行初步设计，包括利用计算机辅助设计软件AUTOCAD来建立二维模型，

（1）利用专业理论知识，包括药型罩压垮、翻转、拉伸和剪断理论，及爆炸力学、材料力学和空气动力学等知识，对所建立模型的可行性进行初步估计和分析。

（2）利用计算机辅助设计软件建立超高速聚能碎片发射装置的二维模型。

（3）借助有限元计算软件AUTODYN对所建立的聚能发射装置进行数值计算和模拟，分析不同设计方案下，能否产生所需的破片，探究碎片速度在不同结构尺寸工况下的变化规律。

2  总体结构方案设计

2.1  超高速聚能碎片发生装置的设计要求

为了较为真实地模拟空间碎片云，要求实验室用的超高速聚能碎片发生装置能够产生速度在10km/s以上的碎片，碎片的形状较理想。

要求用ANSYS/AUTODYN软件实现对射流形成及剪断过程的模拟，具体包括如下：

（1） 探究占据体所起的作用，占据体轴向位置和径向位置对射流剪断和碎片形成的影响。

（2）探究药型罩锥角和壁厚对碎片速度的影响，确定合理地药型罩参数以获得理想的超高速碎片。

2.2  理论基础

Brirkhoff等于1948年首次给出了聚能射流的形成理论，该理论假定爆轰波压力远大于药型罩强度，将罩体视为无粘流体，且药型罩微元被瞬时加速到最终压垮速度，建立了定常、不可压缩流体动力学射流形成理论。该理论所预测的射流长度为常数，等于药型罩母线长度。但该模型过高的估计了射流速度，并且试验观察到射流存在速度梯度，即射流头部速度远大于尾部速度，从而使得射流拉断。

     为了更好地计算射流的形成过程，Pugh、Eichelberger和Rostoker等对Brirkhoff提出的理论进行了修正，建立了一个一维准定常射流理论，简称PER理论。该理论是以流体动力学为基础，但药型罩不同位置的压垮速度不同，压垮速度从药型罩顶部至底部不断减小，导致射流不断被拉长。PER理论只适用于平面起爆的锥形罩和楔形罩，但实际所用的药型罩不完全是锥形罩和楔形罩，几何形状复杂，尤其是近年来提出的多功能战斗部中所使用的新型药型罩，另外，起爆点位置也会发生变化。上世纪70年代以来，各国学者对聚能射流形成理论进行了各种更为精确地修正。包括球形和喇叭形药型罩。还有对球形爆轰波和环形爆轰波进行修正的研究。同时改进了炸药与药型罩相互作用的公式，利用超音速准则或反向速度梯度确定了射流头部的原点以及改进了射流特性计算公式。1975年Godunov等在射流形成中采用了黏塑形模型。该黏塑形模型是根据Lavrentev等人的基础上提出的。他们假定药型罩为理想不可压缩流体，用于速率相关的黏塑形本构方程来描述药型罩材料的状态。1980年，Walter和Harrison给出了该模型的详细推导，并进行了讨论总结。1993年Carleone对PER模型进行改进后建立了一般射流形成理论。 ANSYS超高速聚能碎片设计+图纸(2):http://www.youerw.com/jixie/lunwen_50304.html