第38卷第4期爆炸与冲击V o l.38,N o.4 2018年7月E X P L O S I O N A N DS HO C K WA V E S J u l.,2018D O I:10.11883/b z y c j-2016-0356文章编号:1001-1455(2018)04-0883-08一种杆式多爆炸成型侵彻体战斗部*李鹏,李刚,袁宝慧,周涛,孙兴昀(西安近代化学研究所,陕西西安710065)摘要:为进一步提高周向多爆炸成型侵彻体战斗部的毁伤效能,设计了一种爆炸成型杆式侵彻体战斗部㊂结合数值模拟方法,对侵彻体的成型过程及飞散效果进行模拟,分析了外衬对侵彻体成型质量的影响,并设计出侵彻体结构密实的杆式M E F P战斗部㊂制备了有外衬和无外衬两种战斗部原理样机并进行静爆实验㊂实验结果表明,无外衬战斗部成型侵彻体对3m处40mm厚45钢板平均穿深为27mm,有外衬战斗部成型侵彻体可贯穿3m处40mm厚45钢板;侵彻体对靶板的侵彻实验结果与模拟结果一致㊂通过设计外衬结构,战斗部成型侵彻体的成型质量和侵彻威力都大幅度提高㊂关键词:药型罩;速度梯度;杆式侵彻体;数值模拟;静爆实验中图分类号:O389;T J414.2国标学科代码:13035文献标志码:A国内外研究人员对爆炸成型侵彻体(e x p l o s i v e l y f o r m e d p e n e t r a t o r,E F P)战斗部进行了大量研究,相关技术已经很成熟[1-2]㊂为了提高成型侵彻体数量,多爆炸成型侵彻体(m u l t i p l e e x p l o s i v e l y f o r m e d p e n e t r a t o r,M E F P)战斗部被提出㊂M E F P战斗部由E F P战斗部技术发展而来,通过把置于装药前向的药型罩移植到装药周向[3],形成一种毁伤元集成数量高㊁侵彻能力较强的新型高威力战斗部㊂M E F P 战斗部对现代战争产生了重要影响,尤其在防空反导技术领域应用十分广泛㊂通过优化球缺形药型罩和线形药型罩结构参数控制E F P的形状和成型质量[4-5],M E F P战斗部的综合毁伤能力已有大幅度提升㊂但是,针对大壁厚目标,其毁伤威力仍有不足,这是由于周向E F P的成型质量难以控制㊂内衬或外衬对E F P的成型结果有重要影响,这在E F P形成尾翼的研究中已有应用[6-7],但在M E F P战斗部中的应用尚未见报道㊂在保证杆式侵彻体成型数量的前提下,为了进一步提高成型侵彻体的侵彻能力,本文中在周向多线形E F P战斗部的基础上,设计出一种新型杆式M E F P战斗部,利用在药型罩布置对称外衬的方法控制侵彻体成型质量,并通过对新型杆式M E F P战斗部的数值模拟和战斗部原理样机的静爆实验,对其毁伤威力进行评估㊂1战斗部设计设计了无外衬和有外衬两种杆式E F P战斗部,如图1所示㊂除外衬外,两种战斗部的基本结构相同,主要由半预制毁伤元壳体及装药构成,起爆方式为中心起爆,战斗部口径为128mm㊂无外衬E F P战斗部的结构如图1(a)所示,药型罩是以战斗部中心轴为旋转轴的等壁厚旋成体,单枚药型罩对应角度为12ʎ,跨度为120mm,厚度为4.5mm,内弧半径与外弧半径均为220mm,质量为44g,数量为30枚,对应角度为12ʎ,材料为纯铁,端盖均为4.5mm厚45钢,装药采用B炸药;图1(b)与图1(a)所示战斗部的区别在于,图1(b)所示战斗部单枚药型罩外侧有两个外衬,两个外衬相对于药型罩几何中心对称,外衬为以战斗部中心轴为旋转轴的旋成体,对应角度为12ʎ,材料为紫铜㊂外衬贴于距药型罩端部10mm处,厚壁侧靠近药型罩几何中心,薄壁侧靠近药型罩端部㊂单枚药型罩具体结构参数如表1所示㊂*收稿日期:2016-11-23;修回日期:2017-04-17第一作者:李鹏(1985- ),男,博士;通信作者:袁宝慧,l i178********@163.c o m㊂488爆炸与冲击第38卷图1战斗部结构示意图F i g.1I l l u s t r a t i o no fw a r h e a d s t r u c t u r e2数值模拟采用爆炸动力学分析软件A U T O D Y N-3D进行数值模拟,由于战斗部为中心对称结构,因此只需建立1/4模型㊂战斗部的毁伤元㊁端盖部件采用A L E结构化网格,装药及空气区域采用E u l e r算法㊂线形E F P装药的网格尺寸一般为0.5~2.0mm[8],本文中网格尺度为1mm,网格总数量为393023,设置流固耦合计算,在其中1枚药型罩上设置拉格朗日速度追踪点,记录炸药停止作用时药型罩上各点速度分布㊂计算过程中,B炸药采用J W L状态方程,参数为A U T O D Y N软件自带参数;纯铁和紫铜材料的状态方程采用描述冲击波速度和物质点速度的S h o c k模型,参数见表1,其中ρ为密度,C为材料的绝热声速,S为材料系数,γ为G rün e i s e n常数;材料本构模型取为J o h n s o n-C o o k模型,参数见表2,其中G 为有效应力;A㊁B㊁c㊁m和n为材料常数,T r为绝对温度,T m为材料的熔化温度㊂表1材料状态方程参数T a b l e1M a t e r i a l p a r a m e t e r s o f e q u a t i o no f s t a t e材料ρ/(g㊃c m3)C/(k m㊃s-1)SγM a t e r i a lρ/(g㊃c m3)C/(k m㊃s-1)Sγ纯铁7.864.611.7302.0紫铜8.963.941.4892.02表2材料本构模型参数T a b l e2M a t e r i a l p a r a m e t e r s o f c o n s t i t u t i v em o d e l材料G/G P a A/M P a B/M P a n c m T m/K T r/K纯铁644698020.4010.0190.4321832293紫铜805003200.2800.0641.06017902932.1无外衬战斗部战斗部模型及杆式侵彻体整体飞散效果如图2所示㊂图2(a)中,在战斗部模型1枚药型罩设置了拉格朗日速度追踪点,药型罩为对称结构,因而只需在一侧设置10个拉格朗日速度追踪点,相邻拉格朗日追踪点间距为5mm㊂由图2(b)可知,E F P均匀分布在垂直于战斗部中心轴的中心平面上,以战斗部中心为中心呈辐射状,所有侵彻体均分布在以辐射中心为圆心的圆周上,说明侵彻体速度方向沿着垂直于战斗部中心轴的方向,且速度大小相同㊂模拟时确定炸药作用时间的方法如下:以标记拉格朗日速度追踪点的单枚药型罩为研究对象,将其速度不再发生变化的时间定义为炸药作用结束时间㊂单枚药型罩速度的变化曲线如图3(a)所示;炸药作用结束时,根据拉格朗日速度追踪点,确定药型罩速度梯度如图3(b)所示㊂由图3(a)可知,在0.035m s时,单枚药型罩速度基本不再变化,因此炸药作用结束时间为0.035m s㊂由图3(b)可以看出,炸药作用结束后,药型罩存在速度梯度,距离药型罩几何中心35mm距离内,速度变化较小,速度梯度不明显,35mm后药型罩速度梯度较大,原因是起爆后受端盖的影响产生稀疏波,致使端部速度较小㊂杆式E F P 的成型过程如图4所示㊂由图4可知,药型罩在炸药作用结束后向后翻转,在3m s 时尾部闭合,最终在4m s 时成型为杆式侵彻体㊂侵彻体头部形成空腔,原因是炸药作用结束后,药型罩头部速度梯度较小,翻转不完全;尾部向外侧翘起,原因是炸药作用结束时,受稀疏波影响,尾部速度梯度过大,导致尾部在3m s 闭合后分离㊂侵彻体长度约为56mm ,宽为12mm ,最小厚度为9mm ,最大厚度为22.52mm ㊂图2无外衬战斗部模型及杆式侵彻体整体飞散效果F i g .2M o d e l o fw a r h e a dw i t h o u t o u t e r l i n i n g s a n d s c a t t e r i n g e f f e c t o f p e n e t r a t o r s 图3单枚药型罩速度随时间变化及速度梯度F i g .3V e l o c i t y v a r i a t i o nb y t i m e (a )a n dv e l o c i t yg r a d i e n t o f s i n g l e l i n e r (b )图4杆式爆炸成型侵彻体成型过程F i g .4F o r m i n gp r o c e s s o f r o d -s h a p e d p e n e t r a t o r 2.2 有外衬战斗部 根据图3和图4仿真结果,设计外衬结构,优化药型罩速度梯度,使药型罩头部受爆轰加载后闭合㊂外衬选用铜材料,以充分利用外衬的阻抗作用[9]㊂冲击波从低阻抗材料A 传入高阻抗材料B 中,材料A 和材料B 的压力-粒子速度曲线如图5所示㊂图5中,p1所对应曲线A 上点与原点连线斜率即为冲击阻抗,其表达式为:λ=ρ0U s (1)式中:λ为材料A 阻抗,ρ0为材料A 密度,U s 为冲击波速度㊂588 第4期 李 鹏,等:一种杆式多爆炸成形侵彻体战斗部材料A 和材料B 接触后,在界面上,为了达到平衡,压力p 1减小,如图5(a )所示㊂将曲线A 经p 1对应点画一条反射曲线(A R ),与曲线B 交与p 2点,p2即为材料B 所受压力㊂此时,由图5(b )可知,冲击波阵面达到界面,压力波向A 传播,在冲击波和压力波作用下,材料A 所受压力由p 1变为p 1-p2㊂ 根据上述理论,设计外衬结构进而优化药型罩速度梯度,外衬结构参数取值如下:跨度为35mm ,最大厚度和最小厚度分别为1.0和0.5mm ,内弧半径和外弧半径分别为220和315.7mm ㊂图5冲击波由低阻抗介质传入高阻抗介质F i g .5S h o c kw a v e t r a n s m i t t i n g f r o ml o wi m p e d a n c em e d i u mt oh i g h i m p e d a n c em e d i u m 战斗部模型及杆式侵彻体整体飞散效果如图6所示㊂由图2(b )和图6(b )可以看出,有外衬战斗部和无外衬战斗部侵彻体飞散效果基本相同,说明外衬不影响侵彻体的飞散效果㊂外衬不改变装药结构,因而有外衬战斗部炸药作用结束时间同样为0.035m s ,如图7(a )所示㊂炸药作用结束时,根据拉格朗日速度追踪点,确定药型罩速度梯度如图7(b )所示㊂由图7(b )可知,炸药作用结束后,药型罩存在速度梯度,距药型罩几何中心30mm 距离内速度梯度明显,距药型罩几何中心30~40mm 距离内速度变化趋于平缓,端部速度梯度略小于靠近药型罩几何中心位置的速度梯度㊂图6有外衬战斗部模型及杆式侵彻体整体飞散效果F i g .6M o d e l o fw a r h e a dw i t ho u t e r l i n i n g s a n d s c a t t e r i n g e f f e c t o f p e n e t r a t o r s 图7单枚药型罩速度随时间变化及速度梯度F i g .7V a r i a t i o no f v e l o c i t y w i t h t i m e (a )a n dv e l o c i t yg r a d i e n t o f s i n g l e l i n e r (b )688爆 炸 与 冲 击 第38卷杆式爆炸成型侵彻体成型过程如图8所示㊂由图8可以看出,药型罩在炸药作用结束后,在外衬的作用下发生翻转,与图4进行对比,有外衬战斗部药型罩发生向后翻转时首先由头部开始闭合,逐渐向端部闭合,最终在4m s 时形成密实的杆式侵彻体,此时,侵彻体与外衬开始分离㊂侵彻体整体密实,尾部约8mm 长度的材料轻微向外侧翘起,原因与无外衬战斗部形成侵彻体类似,尾部速度梯度过大㊂侵彻体厚度约9mm ,有外衬的地方略薄,约为8mm ,原因是有外衬阻挡,材料向周围流动,头部和尾部略厚,约9.5mm ,宽度约12mm ,长度约64mm ,长径比约为5ʒ1㊂图8爆炸成型侵彻体成型过程F i g .8P e n e t r a t o r s f o r m a t i o n p r o c e s s 2.3 杆式侵彻体侵彻过程 模拟杆式侵彻体的侵彻过程,侵彻体为对称结构,因此只建立1/2模型,模型中杆式侵彻体选用有外衬战斗部形成的侵彻体,靶板长100mm ㊁宽50mm ㊁厚40mm ,靶板网格尺寸为1mm ,除侵彻方向的两个面外,其他面设置边界条件v =0,材料的侵蚀因子为1.1㊂ 杆式侵彻体的侵彻过程如图9所示㊂由图9可知,在0.39m s 时杆式侵彻体与靶板接触,0.44m s 时侵彻结束,侵彻体贯穿靶板㊂侵彻过程中,侵彻体微度倾斜,造成穿孔轻微倾斜,同时受稀疏波影响,侵彻体材料由头部向尾部翻转,未与靶板接触的材料继续对靶板进行侵彻㊂图9杆式侵彻体侵彻过程F i g .9P r o c e s s o f p e n e t r a t i o nb y r o d -s h a p e d p e n e t r a t o r 3 实 验3.1 实验布局战斗部原理样机共两发,无外衬和有外衬战斗部各1发,两发战斗部实验布局相同,距爆心3m 处布设两面40mm 厚度Q 235钢威力靶,靶板弧长2m ㊂ 战斗部原理样机及外衬如图10所示,静爆实验布局如图11所示㊂由图11可知,在距爆心3m 处的威力靶上布设了通断测速靶,用以记录侵彻体的碰靶速度㊂具体测速原理为:测速仪器通过导线连接战斗部和通断测速靶,当战斗部起爆后,连接战斗部的导线断开,测速仪计时,侵彻体击中测速靶后计时结束,据此计算可得侵彻体在此时间段内的平均速度㊂788 第4期 李 鹏,等:一种杆式多爆炸成形侵彻体战斗部图10战斗部样机及外衬F i g .10W a r h e a da n do u t e r l i n i ng 图11静爆实验布局F i g .11S e t u p o f s t a t i c e x p l o s i o ne x p e r i m e n t 3.2 实验分析两发战斗部杆式侵彻体分布如图12所示,其中位于上方的孔为杆式侵彻体的侵彻孔,位于下方的孔为外衬的侵彻孔,黄色涂漆为无外衬战斗部杆式侵彻体侵彻孔,白色为有外衬战斗部杆式侵彻体侵彻孔㊂由图12可知,无外衬战斗部和有外衬战斗部形成的杆式侵彻体基本处于同一水平平面上,且分布均匀,与模拟结果一致㊂图12杆式侵彻体分布F i g .12D i s t r i b u t i o no f p e n e t r a t o r s 杆式侵彻体对靶板侵彻实验结果和模拟结果如图13和图14所示㊂将图13和图14对比可知,杆式侵彻体对靶板侵彻的实验结果与模拟结果基本吻合,侵彻孔均接近圆形,侵彻体侵彻过程中,由于稀疏波影响,靶板孔边缘材料向外翻转,形成唇边㊂由图13(a )和图14(a )可以看出,无外衬战斗部杆式侵彻体对对钢靶板的侵彻孔未穿透靶板,但孔在靶板表面的形状较圆整,经过测量,孔径为40mm ,锥深为27mm ;由图13(b )和图14(b )可以看出,有外战斗部衬杆式侵彻体对钢靶板的侵彻孔为贯穿孔,入射方向孔径为33mm ,出射方向孔径为31mm ㊂无外衬战斗部杆式侵彻体和有外衬战斗部杆式侵彻体对钢靶板的穿孔,孔壁均残留有铁材料,说明侵彻体在侵彻过程中材料损失较为严重㊂图13杆式侵彻体毁伤实验效果F i g .13R o d -s h a p e d p e n e t r a t o r s d a m a g e e f f e c t p r o d u c e d i ne x p e r i m e n t 888爆 炸 与 冲 击 第38卷图14杆式侵彻体毁伤模拟效果F i g .14R o d -h a p e d p e n e t r a t o r s d a m a g e e f f e c t p r o d u c e d i n s i m u l a t i o n 由图3和图7可以看出,无外衬杆式侵彻体模拟速度约为1649m /s ,有外衬杆式侵彻体模拟速度约为1610m /s ㊂实验测得无外衬杆式侵彻体速度为1715m /s ,有外衬杆式侵彻体速度为1674m /s ,均与模拟速度相吻合㊂侵彻体速度实验结果大于模拟结果的原因是,炸药的实际密度等参数与数值模拟时参数的选定存在差异;另外,数值模拟时为了简化模型,药型罩采用全预制结构,实验时,药型罩结构为半预制,增加了约束条件,导致实测速度略大于模拟速度㊂4 结 论(1)无外衬战斗部,成型得杆式侵彻体头部有明显腔体,尾部闭合后向外侧翻转;有外衬战斗部成型侵彻体整体密实,长径比更大,约为5ʒ1㊂ (2)无外衬和有外衬两种杆式爆炸成型侵彻体战斗部的成型侵彻体实际分布和实测速度均与模拟结果相吻合,侵彻体对靶板的侵彻实验结果与模拟结果基本吻合㊂无外衬杆式侵彻体对3m 处40mm 厚45钢板的穿孔孔径为40mm ,锥深为27mm ;有外衬杆式侵彻体的穿孔孔径为33mm ,可以贯穿3m 处40mm 厚45钢板,相比于无外衬杆式侵彻体,其侵彻威力明显增加㊂ (3)实验结果表明,通过布置外衬可以控制杆式侵彻体的成型质量,从而提高其侵彻威力㊂参考文献:[1] 相升海,徐文龙,张建,等.刻槽式M E F P 的成型及侵彻钢靶模式[J ].爆炸与冲击,2015,35(1):135-139.X I A N GS h e n g h a i ,X U W e n l o n g ,Z HA N GJ i a n ,e t a l .G r o o v e t y p eM E F P f o r m a t i o na n d p e n e t r a t i n g s t e e l t a r ge t s p a t t e r n [J ].E x p l o s i v e a n dS h o c k W a v e s ,2015,35(1):135-139.[2] C A R D O S O D ,T E I X E I R A -D I A SF .M o d e l l i n g t h ef o r m a t i o no f e x p l o s i v e l y f o r m e d p r o j e c t i l e s (E F P )[J ].I n t 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p r o v et h ed a m a g ec a p a c i t y o f t h e m u l t i p l ee x p l o s i v e l y f o r m e d p e n e t r a t o r (M E F P)w a r h e a d,w e d e s i g n e d a r o d-s h a p e d a n d e x p l o s i v e l y f o r m e d p e n e t r a t o rw a r h e a d.W e f i r s t l y i n v e s t i-g a t e d t h e f o r m a t i o n p r o c e s s a n d s c a t t e r i n g e f f e c t o f t h e p e n e t r a t o rw e r e i n v e s t i g a t e du s i n g n u m e r i c a l s i m u l a-t i o n,a n d p r e s e n t e d a d e s i g n o f r o d-s h a p e dw a r h e a d p e n e t r a t o r s b a s e do n t h e a n a l y s i s o f t h e i n f l u e n c e o f t h e w a r h e a d s o u t e r l i n i n g s o n t h e p e n e t r a t o r s f o r m a t i o n p r o c e s s.T h e nw e f a b r i c a t e d t w o p r i n c i p a l p r o t o t y p e s o f t h e p e n e t r a t o rw a r h e a d,o n ew i t h a n d t h e o t h e rw i t h o u t o u t e r l i n i n g s,a n d p e r f o r m e d t h e s t a t i c e x p l o s i o n e x-p e r i m e n t s t o f i n d o u t a b o u t t h e i r d a m a g e e f f e c t s.T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e a v e r a g e p e n e t r a t i o n d e p t h o n t h e 40m m-t h i c k-45s t e e l,3ma p a r t f r o mt h e d e t o n a t i o n c e n t e r b y t h ew a r h e a d p e n e t r a t o r sw i t h o u t o u t e r l i n i n g s, i s27m m.,w h i l e t h o s ew i t h o u t e r l i n i n g s c a n c o m p l e t e l y p e n e t r a t e t h e t a r g e t.M o r e o v e r,t h e p e n e t r a t i o n r e-s u l t s o f t h e e x p e r i m e n t a n d t h e s i m u l a t i o n a r e c o n s i s t e n tw i t h e a c h o t h e r,t h e r e b y c o n c l u d i n g t h a t o u r d e s i g n c a n s i g n i f i c a n t l y i m p r o v e t h e f o r m a t i o n q u a l i t y a n d t h e p e n e t r a t i o n p o w e r o f t h e r o d-s h a p e d p e n e t r a t o r s. K e y w o r d s:l i n e r;v e l o c i t yg r a d i e n t;r o d-s h a p e d p e n e t r a t o r;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n;s t a t i c e x p l o s i o ne x-p e r i m e n t(责任编辑王玉锋)。
第22卷第3期2010年9月弹道学报Jour nal of BallisticsVo l.22N o.3Sep.2010收稿日期:2009-09-08作者简介:左振英(1982-),男,工程师,研究方向为终点效应与目标毁伤技术.贴片球缺药型罩成型斜置尾翼EFP 的数值模拟左振英,李伟录(中国兵器工业第二 八研究所,北京,102202)摘要:带有斜置尾翼的爆炸成型弹丸(EFP)在长炸高条件下具有良好的飞行稳定性.为研究药型罩成型斜置尾翼EF P 的方法,设计了一种贴片结构,将其粘在球缺药型罩的内表面,在中心起爆装药的情况下,获得了带有斜置褶皱尾翼的EF P;分析了贴片结构参数对斜置尾翼EFP 成型的影响.结果表明,通过增大贴片的豁口张角、豁口内径,适当减小贴片的厚度,可以提高EFP 斜置尾翼的斜置角度.关键词:球缺药型罩;爆炸成型弹丸;斜置尾翼;数值模拟中图分类号:T J410.3 文献标识码:A 文章编号:1004 499X(2010)03 0073 05Numerical Simulation on EFP With Canted Fins Formedfrom Spherical Segment Charge Liner With FlakeZU O Zhen ying ,LI Wei lu(No.208Research Ins titute of C hina S outh Indus tries Group,Beijing 102202,Ch ina)Abstract:An ex plosively formed penetrato r(EFP)w ith canted fins has the advantages of stable flig ht under the conditions of long stand off distance.T o study the method of obtaining EFP with canted fins,a flake structure w as designed,w hich w as bonded to the internal sur face of spher ical segm ent char ge liner.An EFP w ith canted fins w as o btained w hen the charg e w as detonated at the center point;the influence of the flake str ucture par am eter on the EFP for mation w as ana ly zed.The r esult sho w s that the canted ang le of fins can increase thro ug h increasing the angle and inner diam eter o f the flake s breach and decreasing the thickness of flake.Key words:spherical seg ment charg e liner;ex plo sively form ed penetrator;canted fins;num er ical simulatio n爆炸成型弹丸(EFP)战斗部可应用于末敏弹与灵巧弹药,这些弹药要求成型的EFP 具有远距离飞行并摧毁目标的能力.为了提高EFP 的远距离稳定飞行能力,采用的办法是:在EFP 成型过程中,其尾部形成一个带有褶皱的尾翼,能够保证EFP 在飞行到较远距离(通常可达1000倍装药口径)仍能准确命中目标,并且不发生翻转.同时,有些学者利用特殊设计方法使成型EFP 的尾翼褶皱与EFP 轴线成一定角度,即斜置褶皱尾翼EFP,改善了弹丸加工过程产生的不对称干扰因素,使EFP 在飞行过程中产生旋转,飞行更稳定[1~4].本文设计了一种贴片结构,将其粘在球缺药型罩的内表面,在中心起爆装药的情况下,获得了带有斜置褶皱尾翼的EFP,分析了这种贴片结构参数对EFP 斜置尾翼的影响.1 药型罩及贴片结构采用球缺药型罩,如图1所示,图中,D 1为球缺药型罩底部直径,R 1为药型罩内圆半径,R 2为药型罩外圆半径,d 为药型罩顶部壁厚.弹道学报第22卷图1 球缺药型罩结构贴片结构是在薄壁球缺罩的基础上,在薄壁球缺罩的底部沿圆周方向铣有6个豁口.贴片的结构如图2,图中,D2为贴片的底部直径, 为贴片的豁口张角,R为贴片的豁口内径, 为贴片厚度.图2 贴片结构这样,粘有贴片结构的球缺药型罩整体上构成了一个异型的球缺药型罩,这个异型的球缺罩底部壁厚周期性地减薄.装药爆轰后,爆轰压力压垮药型罩的过程中,药型罩底部周边微元就获得了一个周期性变化的压垮速度.压垮速度的差异强制药型罩的边沿形成了有规律的翘曲,即褶皱尾翼.为分析这种贴片结构参数( ,R, )对成型EFP 的斜置尾翼的影响,本文进行了数值模拟研究.药型罩及贴片结构参数见表1.表1 药型罩及贴片结构参数D1/mm R2/m m D2/m m(d+ )/mm /(!)R/mm /mm 10072.24100515~4543~460.1~0.52 理论分析装药爆轰压垮药型罩的过程中,考虑药型罩上一微元,其厚度为 1,密度为,该微元的表面积d S,微元的单位法向矢量与药型罩的径向矢量夹角为!,作用于微元上的气体产物压力为p,则罩微元获得的最终压垮速度在轴向与径向上的速度分量分别为v x=p sin!/( 1d S)v r=p cos!/( 1d S)式中,下标x,r分别表示轴向与径向分量.现将粘有贴片结构的球缺药型罩理解为一个异型的球缺药型罩,该药型罩底部壁厚周期性地减薄.考虑形成EFP尾翼的药型罩的底部球带部分的罩微元,p, !,,d S相等的情况下, 1越小,则v x与v r越大,该微元压垮运动得快,最终形成褶皱尾翼的凹陷部分.3 仿真模型的建模贴片球缺药型罩是三维结构,不能处理为轴对称问题,所以采用整体模型建模.模型由炸药、球缺药型罩和贴片结构组成,均采用Lag rang e网格建模.为了简化模型,不考虑球缺药型罩与贴片结构的接触问题,直接将球缺药型罩与贴片结构处理为共面,划分网格时2种材料即为共节点.炸药与药型罩之间采用滑移接触算法.模型如图3所示.图3 EFP装药模型图炸药选用RDX炸药,材料模型选用H IGH_ EXPLOSIVE_BURN本构关系和JWL状态方程;药型罩选用紫铜材料,材料模型选用ST EINBERG 本构关系和GRU NEISEN状态方程;贴片选用紫铜材料,材料模型选用ST EIN BERG本构关系和GRU NEISEN状态方程.4 仿真结果的分析数值模拟计算过程中使用小型重启动分析,炸药中心单点起爆40∀s后,爆轰基本完毕,删除炸药模型,删除炸药与药型罩直接的滑移接触算法.药型罩与贴片继续压垮变形,至200∀s时刻,典型的EFP成型情况如图4所示.图4选取的贴片参数: =0.2mm, =30!,R=45mm.图4 斜置尾翼EFP成型效果图74第3期左振英,等 贴片球缺药型罩成型斜置尾翼EFP 的数值模拟可见,球缺药型罩粘贴本文设计的贴片结构,使得这个复合的异型球缺药型罩底部壁厚周期性地减薄,引起了药型罩底部微元压垮速度的周期性变化,最终成型的EFP 获得了6片斜置尾翼,这证明了本文贴片球缺药型罩获得斜置尾翼EFP 的可行性.4.1 贴片豁口张角 对成型斜置尾翼EF P 的影响将贴片结构的豁口内径R 、贴片厚度 设定为定值,取R =45mm , =0.2m m ,变动贴片结构的豁口张角 ,得到不同斜置尾翼的EFP.斜置尾翼后视图如图5所示.图5 改变贴片豁口张角 时EFP 斜置尾翼后视图由图5可见,随着 的增大,成型EFP 的6片褶皱尾翼偏转变形增大,6片尾翼的径向圆半径减小,飞行时受到的阻力变小.EFP 侵彻弹头长度L 、斜置尾翼高度h 、斜置尾翼厚度b 、斜置尾翼斜置角#随 的变化规律如图6所示.图6 贴片豁口张角 对EFP 成型的影响图6中,随着贴片豁口张角 的增大,成型EFP 斜置尾翼斜置角#近似呈线性增长,这对于提高EFP 飞行旋转速率,提高EFP 的远距离命中精度是有利的.而EFP 的侵彻弹头长度虽然呈递减趋势,但变化不大,对于EFP 的破甲威力影响不大.4.2 贴片豁口内径R 对成型斜置尾翼E FP 影的响将贴片结构的豁口张角 、贴片厚度 设定为定值,取 =45!, =0.2mm .变动贴片结构的豁口半径R ,得到不同斜置尾翼的EFP ,其斜置尾翼后视图如图7所示.图7 改变贴片豁口内径EFP 斜置尾翼后视图由图7可见,随着贴片豁口内径R 的增大,成型EFP 的6片褶皱尾翼偏转变形增大,除R =43mm 时6片尾翼的径向圆半径略大外,其余差异不大.EFP 侵彻弹头长度L 、斜置尾翼高度h 、斜置尾翼厚度b 、斜置尾翼斜置角#随R 的变化规律如图8所示.图8 贴片豁口内径R 对E FP 成型的影响75弹道学报第22卷图8中,EFP 尾翼高度h 随贴片豁口内径R 呈波动变化趋势,这是因为球缺药型罩成型EFP 过程中,存在实常数D 3,如图9,将药型罩分为顶部球缺与底部球带两部分:顶部球缺成型EFP 的实体侵彻部分,底部球带成型EFP 的尾翼部分.本组的4个算例,变动贴片豁口内径R,D 3影响不大;只是由于网格划分的原因,导致形成尾翼的单元数目不同,所以EFP 尾翼高度h 略有波动.本组算例中,D 3介于78.57~87.14m m 之间.图9 球缺药型罩成型E FP 侵彻头部与尾翼分界示意图因为本组的4个算例中2R >D 3,所以R 增大,成型EFP 的药型罩微元之间的速度差异越大,尾翼的褶皱变形就越大,斜置尾翼斜置角#也就越大.4.3 贴片厚度 对成型斜置尾翼EFP 的影响将贴片结构的豁口张角 、豁口内径R 设定为定值,取 =30!,R =45m m .变动贴片结构的厚度 ,得到不同斜置尾翼的EFP,其斜置尾翼后视图如图10所示.图10 改变贴片厚度时E FP 斜置尾翼后视图由图10可见,增大贴片厚度,成型EFP 的6片褶皱尾翼偏转变形增大,6片褶皱尾翼的径向圆半径显著减小,飞行时受到的阻力变小.EFP 侵彻弹头长度L 、斜置尾翼高度h 、斜置尾翼厚度b 、斜置尾翼斜置角#随 的变化规律如图11所示.贴片厚度 增大,EFP 斜置尾翼斜置角#反而逐渐减小.这是因为,贴片厚度 增大,药型罩底部成型EFP 尾翼的罩微元速度差异增加剧烈,6片褶皱尾翼的径向圆半径显著减小,其减小速度大于EFP 的尾翼高度h 的减小速度,最终导致EFP 斜置尾翼斜置角#逐渐减小.因此,从提高EFP 飞行旋转率的角度,贴片厚度 不宜设计得过大.图11 贴片厚度 对E FP 成型的影响5 结论∀球缺药型罩粘贴底部圆周周向上铣有6个豁口的贴片结构,装药中心单点起爆的情况下,能够成型带有6片斜置尾翼的EFP .#分别增大贴片的豁口张角 、贴片厚度 ,EFP 的侵彻弹头长度略有减小,减小幅度在1%以内;变换贴片的豁口内径R,EFP 的侵彻弹头长度略有增大,增大幅度在5%左右.∃适当增大贴片的豁口张角 、豁口内径R ,适当减小贴片的厚度 ,对提高贴片球缺药型罩成型斜置尾翼EFP 的尾翼斜置角度是有利的.参考文献[1] DAVID B,RICH ARD F,WILLIAM N,et al.Dual modew arhead technology for 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