LS-DYNA爆炸成型弹丸的成形及侵彻过程分析(2)
时间:2018-03-05 16:07 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
炸药爆炸将产生高能、高速爆轰波，聚能装药是利用炸药瞬间产生的这种爆轰波驱动金属药型罩锻造成一定形状的战斗部侵彻高价值目标，如坦克，装甲，有、无人飞机，舰艇、潜艇，飞机跑道等。在二战时期的战场中，开始使用聚能装药武器，但聚能装药现象最早被发现可以追溯到十九世纪，经过几十年的研发聚能装药战斗部已经成为各国武器装备的必备武器。聚能侵彻战斗部根据成形形状和毁伤效果分为三种：聚能射流(Shaped Charge Jet，图1.1)、爆炸成型弹丸(Explosively Formed projectile EFP，图1.2)、聚能杆式弹丸(Jetting Projeetile Charge，图1.3)。小锥角金属药型罩(120°~150°)在爆轰压作用下轴线处汇集成聚能射流，速度可达5~8 km/s，对目标毁伤的深度大、孔径小，穿透后形成的破片毁伤效果欠佳。速度梯度大同样导致对炸高非常敏感，容易被拉断而影响侵彻效果，在反装甲系统和民用领域如石油开采、金属切割等应用较为广泛。 1. 1聚能射流[2]1.2爆炸成型弹丸[2]1.3聚能杆式弹丸[2] 聚能杆式弹丸是为了结合其他两种弹丸的优点而发展的一种聚能装药结构，改进了聚能射流对炸高敏感而远距离攻击能力弱、侵彻孔径小且不规则、药型罩利用率低的特点，与爆炸成型弹丸相比具有形成的弹体更长、侵彻速度更快、侵彻能力更强等优点，但速度梯度分布还是需要进一步改进，有效攻击距离仅为约50倍装药直径，较爆炸成型弹丸（1000倍）依然很小。爆炸成型弹丸早在第二次世界大战中就开始使用，经过几十年的研究和发展，虽然发展出了各种改进型弹丸，但理论体系仍然不完整如没有一个能使人信服的成型理论。与聚能射流相比具备了药型罩利用率高、侵彻孔径大、质量分布合理、对炸高不敏感远距离攻击能力强等优点，可用于攻击飞机、舰艇、地堡、坦克顶部装甲等[1]。 高新科技总在军事领域得到最先应用，计算机、卫星导航、微电子和光电磁等技术推动了末敏弹药得到了快速发展。末敏弹是集上述技术和EFP战斗部于一身的精确打击弹药，具备了不易拦截、命中率高、毁伤效果好、适应范围广、结构简单、成本低廉等优点。以美国为首的西方国家从上七十年代开始开始研究并逐步装备了末敏弹药，并在以后的战争中得到应用和改良，EFP战斗部也在这一时期进入发展的黄金期。反应装甲的出现对传统的聚能射流产生了严重的威胁，为了突破反应装甲的防护，许多专家学者设计出了大量的解决方案，双层串联EFP就是其中的一种。聚能装药一直在努力提高炸药化学能的利用率，双层药型罩同样是为了提高弹丸的总能量、提高毁伤效果而设计的，双层药型罩内罩一般为高密度金属这种结构形成的串联EFP质心靠近弹头位置，有利于飞行稳定性，外罩多为低密度的延展性金属，吸收炸药的化学能，这是单层药型罩无法满足的[2]。 1.4末敏弹攻击加固机堡 1.2 国内外研究现状 1.2.1 爆炸成型弹丸国外研究现状 1.2.2 爆炸成型弹丸国内研究现状 1.3 双层药型罩研究现状 提高爆炸成形弹丸的性能一直是国内外学者追求的目标，从上世纪八十年代开始，有学者研究发现合理设计的双层或者多层药型罩形成的射流或者串联弹丸毁伤效果有所提高。 1.5 分离式装药 1.6 F装药 美国一直走在武器设计开发的前沿，如图1. 4, 分离式装药结构也是由美国首先提出的，由图片可以看出该装药结构由两层锥筒形药型罩（中间夹一层炸药）和两层装药组成。主装药爆炸后驱动锥角约为20°的外罩向轴线方向运动，与内层装药相碰后引燃内层炸药。由于外罩压垮速度非常高，内层装药的爆轰较外层更为强烈，内罩以更高的速度压垮形成高速而细长的射流。F装药如图1. 5是一种与药型罩间无炸药的装药结构，内罩是通过外罩的碰撞形成高速的射流，相比单层药型罩，头部速度提高，侵彻深度增加。国外对双层药型罩研究的较早，法国科学家Toselfo[21]等为了研究水下目标的高效毁伤，数值模拟了钽镍双层球缺形药型罩在水中的形成及运动过程，并通过试验证明数值模拟的正确性。观察到前导侵彻体在水中开出通道,而随进侵彻体可以在这个通道中运动的现象,因为随进侵彻体避免在水中减速,因此有较强的存速能力,能在水下以较高的速度攻击舰船和潜艇。美国的R.Fond博士等[22]为了获得长径比较大的EFP，使用双层和三层球缺形药型罩进行了试验，并获得成功。国内较为全面研究双层药型罩的是郑宇[23-24]，他实验研究了不同材料组合下双层EFP形成和毁伤能力，还从理论方面阐述了双层EFP的形成机理。门建兵等人[25]做了串联EFP的数值仿真和实验，发现同等条件下双层EFP的侵彻能力有了很大提高，并在实验方案中发现钢-铜组合罩侵彻能力最好。 (责任编辑：qin) |