一体式多爆炸成型弹丸的成型及侵彻性能

曹明阳 王金相 郝春杰 宋海平 张亚宁 周莲 周楠 唐奎

引用本文:
Citation:

一体式多爆炸成型弹丸的成型及侵彻性能

    作者简介: 曹明阳(1992—), 男,硕士研究生,主要从事爆炸和冲击动力学研究.E-mail:912508296@qq.com;
    通讯作者: 王金相, wjx@njust.edu.cn
  • 基金项目: 国家自然科学基金 11602113
    国家自然科学基金 11672138
    瞬态物理国家重点实验室基金 9140C300405150C30005
    国家自然科学基金 11272158
    江苏省自然科学基金 BK20161055
    江苏省自然科学基金 BK20151353

  • 中图分类号: O389; TJ414.1

Formation and Penetration Performane of Multi-Explosviely Formed Projectiles

    Corresponding author: WANG Jin-Xiang, wjx@njust.edu.cn ;
  • CLC number: O389; TJ414.1

  • 摘要: 为了提高一体式多爆炸成型弹丸(MEFP)的成型效果及侵彻能力,通过数值模拟分析了药型罩形状及壁厚、壳体厚度、起爆方式、破片支架对其成型及速度的影响,在此基础上给出了一种一体式MEFP战斗部,通过实验验证了该一体式MEFP战斗部结构的成型、散布特征及侵彻性能。结果表明:该战斗部可形成17枚聚能杆式弹丸(JPC),且单个JPC形状、飞行方向稳定,飞散角为14.5°,与实验结果14.8°吻合良好;该MEFP战斗部可对12mm厚的603装甲钢靶板造成有效毁伤。
  • 图 1  1/2 MEFP战斗部及支架结构模型

    Figure 1.  1/2 MEFP warhead and bracket structure

    图 2  3种药型罩成型

    Figure 2.  EFP formation for 3 kinds of charge covers

    图 3  不同起爆方式下EFP成型的对比

    Figure 3.  EFP formation under different initiation modes

    图 4  不同支架结构下MEFP成型效果图

    Figure 4.  MEFP formation with different brackets

    图 5  1/2 MEFP战斗部网格结构及其侵彻过程

    Figure 5.  1/2 warhead grid structure and its penetrating process

    图 6  实验装置

    Figure 6.  Experimental devices

    图 7  603装甲钢靶板正面孔洞分布

    Figure 7.  Hole pattern in the front of 603 armored steel

    图 8  MEFP侵彻靶板速度的变化

    Figure 8.  Variation of MEFP penetration velocity

    表 1  3种药型罩结构尺寸及EFP速度

    Table 1.  Structural parameters of 3 kinds of charge covers and the EFP velocities

    Structure R/
    (mm)
    h1/
    (mm)
    h2/
    (mm)
    r1/
    (mm)
    r2/
    (mm)
    α1/
    (°)
    α2/
    (°)
    v/
    (m/s)
    Equal wall thickness conical 8 2.00 2.00 134 140 755
    Equal wall thickness conical dome 8 2.00 2.00 11.35 11.35 136 136 818
    Variable wall thickness conical dome 8 1.64 2.00 11.25 12.23 134 140 958
    下载: 导出CSV

    表 2  壳体厚度与EFP速度的关系

    Table 2.  EFP velocity vs. shell thickness

    Shell thickness/(mm) EFP velocity/(m/s)
    0 891
    2 928
    4 934
    6 941
    8 945
    下载: 导出CSV

    表 3  不同起爆方式下的EFP速度及MEFP飞散角

    Table 3.  EFP velocity and MEFP flying angle under different initiation modes

    Initiation modes EFP velocity/(m/s) Flying angle/(°)
    Center Outer-ring
    Point initiation 959 395 45.72
    Surface initiation 1290 1240 0.56
    下载: 导出CSV

    表 4  不同支架结构下EFP的速度及MEFP飞散角

    Table 4.  EFP velocity and MEFP flying angle with different brackets

    Bracket EFP velocity/(m/s) Flying angle/(°)
    Center Middle Outer-ring Center Middle Outer-ring
    Plane bracket 1300 1230 1140 0 8.3 15.6
    Curve bracket 1330 1350 1410 0 16.2 28.0
    下载: 导出CSV

    表 5  MEFP战斗部各位置弹丸的飞散角

    Table 5.  MEFP flying angle of projectiles at different locations

    EFP location Flying angle (Sim.)/(°) Flying angle (Exp.)/(°) Error/(%)
    Center 0 0 0
    Middle 8.4 7.9 6.40
    Outer-ring 14.5 14.8 2.01
    下载: 导出CSV

    表 6  孔洞大小及散布距离

    Table 6.  Hole size and distribution range

    Hole No. Hole size Distribution range
    Sim./(cm) Exp./(cm) Error/(%) Sim./(cm) Exp./(cm) Error/(%)
    7.3 8.1 11 0 0 0
    6.8 5.3 28 21 17 23
    6.4 5.6 14 45 47 4
    下载: 导出CSV
  • [1] 吴小蓉, 黄德武, 王猛.三罩式战斗部结构的设计及实验研究[J].沈阳理工大学学报, 2007, 26(1):72-74. doi: 10.3969/j.issn.1003-1251.2007.01.020
    WU X R, HUANG D W, WANG M.Design and experimental study on multiple explosively formed penetrator[J]. Journal of Shenyang Ligong University, 2007, 26(1):72-74. doi: 10.3969/j.issn.1003-1251.2007.01.020
    [2] BLACHE A, WEIMANN K.Multi-EFP-charge for light weight armor defeat[C]//18th International Symposium on Ballistics.San Antonio: TX Institute for Advanced Technology, 1999: 419-425.
    [3] FONG R, NG W, THOMPSON L M, et al.Multiple explosively formed penetrator (MEFP) warhead technology development[C]//19th International Symposium of Ballistics.Switzerland: IBC, 2001: 563-567.
    [4] 周翔, 龙源, 余道强, 等.多弹头爆炸成型弹丸数值仿真及散角影响因素[J].兵工学报, 2006, 27(1):23-26. doi: 10.3321/j.issn:1000-1093.2006.01.006
    ZHOU X, LONG Y, YU D Q, et al.Numerical simulation and effect analysis for radial dispersion of MEFP[J]. Acta Armamentarii, 2006, 27(1):23-26. doi: 10.3321/j.issn:1000-1093.2006.01.006
    [5] 赵长啸, 龙源, 纪冲, 等.一体式多爆炸成型弹丸战斗部数值模拟与实验仿真[J].兵工学报, 2013, 34(11):1392-1397. doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2013.11.008
    ZHAO C X, LONG Y, JI C, et al.Numerical simulation and experimental research on integral multiple explosively formed projectile warhead[J]. Acta Armamentarii, 2013, 34(11):1392-1397. doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2013.11.008
    [6] FU J P, CHEN Z G, HOU X C, et al.Simulation and experimental investigation of jetting penetrator charge at large stand-off distance[J]. Defence Technol, 2013, 9(2):91-97. doi: 10.1016/j.dt.2013.06.001
    [7] SAROHA D R, SINGLY Y, MAHALA V K.Single point initiated multi-EFP warhead[C]//Proceedings of the 25th International Symposium on Ballistics.Beijing: China Science and Technology Press, 2010: 1298-1303.
    [8] ZHAO C X, QIAN F.Influence of liner material on formation of multiple explosively formed projectiles warhead parameters[J]. Adv Mater Res, 2015, 1096:37-41. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.1096
    [9] 时党勇, 李裕春, 张胜民.基于ANSYS/LS-DYNA8.1进行显式动力学分析[M].北京:清华大学出版社, 2005:264-281.
    SHI D Y, LI Y C, ZHANG S M.Explicit dynamic analysis based ANSYS/LS-DYNA8.1[M]. Beijing:Tsinghua University Press, 2005:264-281.
    [10] 曹兵.EFP对有限厚603靶板侵彻的试验研究[J].火工品, 2007(1):48-50. doi: 10.3969/j.issn.1003-1480.2007.01.015
    CAO B.Test on the law of EFP penetrating 603 armor[J]. Initiators & Pyrotechnics, 2007(1):48-50. doi: 10.3969/j.issn.1003-1480.2007.01.015
  • [1] 李长顺刘天生王凤英高永宏 . 伸出式侵彻体攻角侵彻靶板的数值模拟研究. 高压物理学报, 2009, 23(2): 155-160 . doi: 10.11858/gywlxb.2009.02.013
    [2] 杨军蒋建伟门建兵 . 准球形爆炸成型弹丸的形成、飞行及侵彻过程的数值模拟. 高压物理学报, 2006, 20(4): 429-433 . doi: 10.11858/gywlxb.2006.04.015
    [3] 周宁任辉启沈兆武何祥刘瑞朝 . 卵形头部弹丸侵彻混凝土的研究. 高压物理学报, 2007, 21(3): 242-248 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.004
    [4] 缪广红王章文李亮江向阳刘文震程扬帆汪泉余勇马宏昊沈兆武 . 爆炸复合边界效应的数值模拟. 高压物理学报, 2017, 31(1): 93-96. doi: 10.11858/gywlxb.2017.01.014
    [5] 穆朝民任辉启 . 弹丸对钢筋混凝土中钢筋交汇处侵彻效应研究. 高压物理学报, 2010, 24(5): 351-358 . doi: 10.11858/gywlxb.2010.05.006
    [6] 贾宪振胡毅亭董明荣许学忠刘家骢 . 深水爆炸冲击波作用下圆柱壳动态响应影响因素的数值模拟研究. 高压物理学报, 2008, 22(2): 208-214 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.02.016
    [7] 邓荣兵金先龙陈峻沈建奇陈向东 . 爆炸冲击波对玻璃幕墙破坏作用的多物质ALE有限元模拟. 高压物理学报, 2010, 24(2): 81-87 . doi: 10.11858/gywlxb.2010.02.001
    [8] 郝莉宁建国王成 . 水中障碍物爆炸毁伤效应的二维数值模拟. 高压物理学报, 2006, 20(1): 39-44 . doi: 10.11858/gywlxb.2006.01.009
    [9] 姜洋孙承纬李平柏劲松 . 点起爆炸药驱动平板飞片运动的数值模拟研究. 高压物理学报, 2009, 23(4): 261-265 . doi: 10.11858/gywlxb.2009.04.004
    [10] 纪冲龙源余道强周翔张洋溢 . 切割式双模战斗部毁伤元成型及侵彻钢靶特性研究. 高压物理学报, 2012, 26(5): 508-516. doi: 10.11858/gywlxb.2012.05.005
    [11] 李成兵裴明敬沈兆武 . 高速杆式弹丸三维数值模拟. 高压物理学报, 2007, 21(2): 165-172 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.02.008
    [12] 林加剑任辉启沈兆武 . 尾翼型爆炸成型弹丸的数值模拟及实验研究. 高压物理学报, 2009, 23(3): 215-222 . doi: 10.11858/gywlxb.2009.03.009
    [13] 于川王伟陈浩虞德水谢刚张振涛 . 小口径药型罩爆炸成型弹丸设计与多层钢靶侵彻实验. 高压物理学报, 2014, 28(1): 69-72. doi: 10.11858/gywlxb.2014.01.011
    [14] 樊菲李伟兵王晓鸣李文彬韩玉 . 爆炸成型弹丸战斗部不同侵彻着角下的毁伤能力研究. 高压物理学报, 2012, 26(2): 199-204. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.012
    [15] 邓云飞张伟曹宗胜陈勇 . 分段弹侵彻效率的数值模拟研究. 高压物理学报, 2011, 25(3): 251-260 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.03.010
    [16] 何涛文鹤鸣 . 卵形钢弹对铝合金靶板侵彻问题的数值模拟. 高压物理学报, 2006, 20(4): 408-414 . doi: 10.11858/gywlxb.2006.04.012
    [17] 兰彬文鹤鸣 . 钨合金长杆弹侵彻半无限钢靶的数值模拟及分析. 高压物理学报, 2008, 22(3): 245-252 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.03.004
    [18] 杨华伟王志华晋小超 . 高速侵彻混凝土弹体在横向非对称作用下的动态响应. 高压物理学报, 2017, 31(1): 73-80. doi: 10.11858/gywlxb.2017.01.011
    [19] 卞梁王肖钧章杰 . SPH/FEM耦合算法在陶瓷复合靶抗侵彻数值模拟中的应用. 高压物理学报, 2010, 24(3): 161-167 . doi: 10.11858/gywlxb.2010.03.001
    [20] 陈星明刘彤肖正学 . 弹丸对混凝土靶体侵彻深度的灰色模拟与预测. 高压物理学报, 2014, 28(2): 221-226. doi: 10.11858/gywlxb.2014.02.014
  • 加载中
图(8)表(6)
计量
  • 文章访问数:  2632
  • 阅读全文浏览量:  1222
  • PDF下载量:  178
出版历程
  • 收稿日期:  2017-01-11
  • 录用日期:  2017-03-16
  • 刊出日期:  2017-08-25

一体式多爆炸成型弹丸的成型及侵彻性能

    作者简介:曹明阳(1992—), 男,硕士研究生,主要从事爆炸和冲击动力学研究.E-mail:912508296@qq.com
    通讯作者: 王金相, wjx@njust.edu.cn
  • 1. 南京理工大学瞬态物理国家重点实验室,江苏南京 210014
  • 2. 晋西工业集团,山西太原 030027
  • 3. 中国北方车辆研究院,北京 100072
  • 4. 南京森林警察学院刑事科学技术系,江苏南京 210023
基金项目:  国家自然科学基金 11602113国家自然科学基金 11672138瞬态物理国家重点实验室基金 9140C300405150C30005国家自然科学基金 11272158江苏省自然科学基金 BK20161055江苏省自然科学基金 BK20151353

摘要: 为了提高一体式多爆炸成型弹丸(MEFP)的成型效果及侵彻能力,通过数值模拟分析了药型罩形状及壁厚、壳体厚度、起爆方式、破片支架对其成型及速度的影响,在此基础上给出了一种一体式MEFP战斗部,通过实验验证了该一体式MEFP战斗部结构的成型、散布特征及侵彻性能。结果表明:该战斗部可形成17枚聚能杆式弹丸(JPC),且单个JPC形状、飞行方向稳定,飞散角为14.5°,与实验结果14.8°吻合良好;该MEFP战斗部可对12mm厚的603装甲钢靶板造成有效毁伤。

English Abstract

    • 多爆炸成型弹丸(Multi-Explosively Formed Projectiles,MEFP)是一种基于多个爆炸成型弹丸(EFP)的高效毁伤战斗部[1]。相比于单个EFP,该战斗部一次起爆后可产生多枚弹丸,对目标进行高密集度攻击; 与常规EFP的单点打击相比,MEFP将极大提高对空中目标打击毁伤的概率,在未来武器弹药系统中有着广阔的应用前景。Blache等[2]研究了MEFP对轻量级装甲目标的毁伤效果。Fong等[3]研究了药型罩材料和炸药性能对MEFP成型的影响。周翔等[4]研究了MEFP战斗部的径向飞散问题,分析了MEFP结构中弹丸飞散角与填充物以及相邻子装药间距之间的关系。赵长啸等[5]设计了一种新型整体式多爆炸成型弹丸,可以一次产生7枚形状良好的弹丸。

      现有研究表明,EFP成型受起爆方式、炸高等多种因素影响[6-7]。本工作先考察变壁厚EFP结构,得到一种聚能杆式弹丸(Jetting Projectile Charge, JPC),再研究壳体厚度、起爆方式、破片支架等因素对EFP的速度及成型效果的影响。在此基础上,提出一种17枚MEFP战斗部,通过对比数值模拟和实验结果研究其成型特征及对12mm厚603装甲靶板的毁伤效果。

    • 图 1所示,MEFP战斗部的计算模型包括炸药、药型罩、壳体、支架。选用8701炸药,密度为1.73g/cm3,爆速为8390m/s; 药型罩材料为紫铜,密度为8.96g/cm3; 支架采用45钢,密度为7.83g/cm3; 靶板采用603装甲钢,密度为7.8g/cm3[8]。建立1/4三维实体模型, 采用LS-DYNA非线性有限元程序进行数值模拟,其中:壳体和支架采用Johnson-Cook材料模型,药型罩采用Steinberg材料模型,状态方程皆采用Grüneisen状态方程; 炸药采用High-Explosive-Burn材料模型和JWL状态方程[9]。计算采用Lagrange算法,模型各部分均采用Solid164实体单元[10]

      图  1  1/2 MEFP战斗部及支架结构模型

      Figure 1.  1/2 MEFP warhead and bracket structure

      在EFP成型的过程中,壳体能延长炸药作用的时间并延缓稀疏波的产生。在不同起爆方式下,装药的爆轰及药型罩压垮变形机理不同。破片支架作为多个药型罩的支撑,其形状决定了药型罩的摆放形状,支架结构可分为平面的和弧面的。点起爆情况下,两种不同支架结构将对MEFP的成型及飞散角产生影响。

    • 药型罩的形状对所形成的EFP类型及速度有直接影响。对于锥形药型罩,曲率半径和壁厚是影响其成型性能的重要因素。在锥形药型罩的基础上,设计了3种药型罩结构,即:等壁厚锥形、等壁厚圆顶锥形和变壁厚圆顶锥形。药型罩的结构参数列于表 1,其中:R是药型罩底面半径,h1h2分别是药型罩中心和边缘处的壁厚,r1r2分别是内径曲率半径和外径曲率半径,α1α2分别是内径弧度和外径弧度, v是所形成的EFP的速度。

      Structure R/
      (mm)
      h1/
      (mm)
      h2/
      (mm)
      r1/
      (mm)
      r2/
      (mm)
      α1/
      (°)
      α2/
      (°)
      v/
      (m/s)
      Equal wall thickness conical 8 2.00 2.00 134 140 755
      Equal wall thickness conical dome 8 2.00 2.00 11.35 11.35 136 136 818
      Variable wall thickness conical dome 8 1.64 2.00 11.25 12.23 134 140 958

      表 1  3种药型罩结构尺寸及EFP速度

      Table 1.  Structural parameters of 3 kinds of charge covers and the EFP velocities

      图 2为3种不同药型罩结构的EFP成型效果对比。随着药型罩曲率半径的增大,成型EFP逐渐接近于长杆型。变厚度结构药型罩的边缘更容易向内收缩,从而尾翼逐渐包裹。变壁厚圆顶锥形药型罩的上底面(与炸药接触面)表面积最大,从而在爆轰波的作用下获取的能量最大,其次是等壁厚圆顶锥形药型罩,等壁厚锥形药型罩最小。从图 2中可以看出,随着药型罩曲率的增大,EFP被拉得更长,爆轰能量向EFP动能转化得更多,从而使EFP的速度逐渐提高、密度逐渐集中。因此,为了提高EFP的速度和毁伤效果,在装药结构不变的情况下,应尽量增加药型罩的曲率,可以得到JPC,从而增加侵彻能力。

      图  2  3种药型罩成型

      Figure 2.  EFP formation for 3 kinds of charge covers

    • 图 1所示结构的基础上研究壳体厚度对EFP速度的影响,结果如表 2所示。

      Shell thickness/(mm) EFP velocity/(m/s)
      0 891
      2 928
      4 934
      6 941
      8 945

      表 2  壳体厚度与EFP速度的关系

      Table 2.  EFP velocity vs. shell thickness

      分析表 2的数据可以得到,随着壳体厚度的增加,EFP的速度相应增加,但是增加的幅度很小。壳体厚度从零增加到8mm时,EFP的速度仅增加了6%。因此,壳体厚度对EFP速度的影响可忽略不计。

    • 采用单点中心起爆方式可以获得具有一定尾裙结构的EFP,并具备足够的飞行稳定性,能实现EFP大炸高下的毁伤作用。和单点起爆相比,采用面起爆和环形起爆更有利于利用炸药产生的能量,从而获得速度更高、长径比更大的EFP。数值模型及计算结果如图 3所示,材料参数与2.1节相同。计算中,面起爆通过控制炸药网格中节点的起爆实现。

      图  3  不同起爆方式下EFP成型的对比

      Figure 3.  EFP formation under different initiation modes

      研究中心点起爆和面起爆情况下EFP速度及MEFP飞散角(见表 3)可以发现:

      Initiation modes EFP velocity/(m/s) Flying angle/(°)
      Center Outer-ring
      Point initiation 959 395 45.72
      Surface initiation 1290 1240 0.56

      表 3  不同起爆方式下的EFP速度及MEFP飞散角

      Table 3.  EFP velocity and MEFP flying angle under different initiation modes

      (1) 对于中心点起爆,由于炸药起爆后爆轰波以球面波形式传播,对药型罩的压垮会出现不均匀性,中心药型罩被压垮后带动边缘药型罩发生变化,所以边缘的EFP会发生一定程度的翻转; 同时由于球面波的作用,边缘EFP出现飞散现象,飞散角大小与装药结构的长径比成对应关系。随着装药半径的增大,边缘单枚药型罩压垮的不均匀性将发生改善,翻转的程度也随之减小。

      (2) 对于面起爆,爆轰波波阵面几乎以平面波形式作用在药型罩上,使整个EFP的结构呈长杆型,增强了侵彻效果。

    • 为了使MEFP满足关于飞散角的特定要求,可调整MEFP战斗部结构中破片支架的形状, 采用平面支架结构可以得到一束相对集中的弹丸飞散群,采用弧面支架结构可以得到具有一定飞散角的弹丸飞散群,从而增加战斗部对目标的毁伤几率。图 4是两种支架结构下的MEFP成型效果图,起爆方式为点起爆。

      图  4  不同支架结构下MEFP成型效果图

      Figure 4.  MEFP formation with different brackets

      表 4所示,在不同支架情况下,EFP的速度以及飞散角不同。对于平面支架:爆轰波以球面波形式传播,中心位置的药型罩第一个受到冲击,而后拉伸成为长杆型EFP,随后周边药型罩也形成长杆型EFP; 由于装药壳体附近稀疏波的影响,EFP从内到外出现速度递减现象,中心点的EFP速度最大,中间的EFP次之,最外围的EFP速度最小,最大速度差为14%。由于球面波的作用,EFP会发生飞散,且随着装药半径的增加,飞散角将减小; 中心位置的EFP受到爆轰波的均匀压垮,垂直向前飞行,飞散角为0°,中间位置的EFP飞散角很小,最外围的EFP飞散角最大。

      Bracket EFP velocity/(m/s) Flying angle/(°)
      Center Middle Outer-ring Center Middle Outer-ring
      Plane bracket 1300 1230 1140 0 8.3 15.6
      Curve bracket 1330 1350 1410 0 16.2 28.0

      表 4  不同支架结构下EFP的速度及MEFP飞散角

      Table 4.  EFP velocity and MEFP flying angle with different brackets

      对于弧面支架:爆轰波同样以球面波形式传播,爆轰波波面到达每枚药型罩的时间几乎相等,所以各枚药型罩的变化几乎一致(首先各枚药型罩的中心位置被压垮,而后拉伸成为JPC); 最外围的EFP速度为1410m/s,中间EFP速度为1350m/s,中心点EFP速度为1330m/s,最大速度差为6%。由于弧面支架及药型罩摆放形式的不同,EFP会发生飞散,且其飞散程度比平面支架结构下更大,与弧面支架的弧度及装药长径比相关; 对于中心位置的EFP,其成型过程与平面支架情形相同。

      结合以上对影响MEFP成型的相关因素的数值仿真分析结果,对各个因素进行优化,最终提出一种一体式MEFP的方案。该MEFP的整体结构如图 1所示,模型包括:变壁厚圆顶锥形药型罩,具体尺寸如表 1所示, 药型罩共计17枚,其中1枚位于支架中心位置,8枚均匀分布于中心药型罩的周围,8枚均匀分布在最外围; 装药壳体厚度为2mm; 支架结构为平面支架结构; 起爆方式为点起爆,在满足MEFP成型的前提下保证弹丸的分布效果及飞散角大小; 整体装药高度为150mm,装药内径为76mm,外径为80mm。

    • 为了进一步分析一体式MEFP战斗部的成型及侵彻过程,采用LS-DYNA有限元软件对最终给出的MEFP方案进行数值模拟,结果如图 5所示。

      图  5  1/2 MEFP战斗部网格结构及其侵彻过程

      Figure 5.  1/2 warhead grid structure and its penetrating process

      图 5可知,一体式MEFP战斗部一次爆炸能够产生17枚EFP。中心药型罩最先受到爆轰波的作用,故其轴向速度大于周边EFP的速度,最先着靶,周边EFP随后着靶。由于飞散角的存在,周边EFP与靶板之间的侵彻为斜侵彻,造成靶板周边的穿孔形状与中心不同。

      为了验证该一体式MEFP战斗部的成型效果、侵彻能力和终点散布情况,对其进行静爆实验[10]。实验中,整个装药结构采用与数值仿真相同的尺寸和材料。实验布置如图 6所示,在距离战斗部1.9m处设置12mm厚的603装甲钢靶板,通过侵彻、贯穿钢靶检验MEFP战斗部攻击装甲的威力,并通过观察靶板上弹孔的形状及分布,分析弹丸成型的完整性和空间散布状态。实验靶板尺寸为1600mm×1600mm×12mm,在靶板上布置网格形测速面板,对EFP的速度进行测量。战斗部放置在加工好的木支架上,并将支架放置在与靶板底部同一水平面的平台上,最后将战斗部在凹形卡槽上固定好,利用瞄准仪瞄准靶板中心。

      图  6  实验装置

      Figure 6.  Experimental devices

      一体式MEFP战斗部侵彻603钢靶的最终效果如图 7所示。由图 5图 7可知,无论数值模拟还是实验结果,一体式MEFP战斗部生成的弹丸均可有效穿透12mm厚的603钢靶。实验中,由于战斗部加工工艺的影响,弹丸形状及着靶时的姿态存在一定的差异,但总体弹孔分布及穿靶效果与模拟结果吻合较好,说明一体式MEFP侵彻、贯穿603装甲钢靶板过程的数值模拟结果是可信的。

      图  7  603装甲钢靶板正面孔洞分布

      Figure 7.  Hole pattern in the front of 603 armored steel

      结合数值模拟的计算结果,对每个弹丸在侵彻过程中的速度进行统计,结果如图 8所示。穿透靶板后,中心、中间以及最外围EFP的剩余速度分别为597、523和436m/s,因此,对装甲后人员仍具有较强的后效杀伤能力。对实验中各个位置弹丸的飞散角进行统计分析,并与数值模拟结果进行对比可知,实验与仿真的结果十分吻合,从而验证了数值仿真的有效性。具体飞散角如表 5所示。

      图  8  MEFP侵彻靶板速度的变化

      Figure 8.  Variation of MEFP penetration velocity

      EFP location Flying angle (Sim.)/(°) Flying angle (Exp.)/(°) Error/(%)
      Center 0 0 0
      Middle 8.4 7.9 6.40
      Outer-ring 14.5 14.8 2.01

      表 5  MEFP战斗部各位置弹丸的飞散角

      Table 5.  MEFP flying angle of projectiles at different locations

      对比实验结果与数值模拟结果发现:数值模拟结果中,所有弹丸均穿透钢板,而实验结果中有个别弹丸并没有穿透钢板,可能是实验过程中装药结构、加工误差所致,但两者整体上相符。孔洞的大小及分布规律见表 6,其中孔洞编号如图 7所示。

      Hole No. Hole size Distribution range
      Sim./(cm) Exp./(cm) Error/(%) Sim./(cm) Exp./(cm) Error/(%)
      7.3 8.1 11 0 0 0
      6.8 5.3 28 21 17 23
      6.4 5.6 14 45 47 4

      表 6  孔洞大小及散布距离

      Table 6.  Hole size and distribution range

    • (1) 数值计算的结果表明:增加壳体厚度可以在一定程度上增大EFP的速度; 点起爆会使EFP发生一定程度的翻转,并产生飞散角,面起爆则更有效地利用炸药产生的能量,有利于获得JPC; 破片支架结构影响EFP的速度和飞散角。当药型罩采用变壁厚圆顶锥形结构时,形成的JPC构型明显好于等壁厚锥形和等壁厚圆顶锥形,采用变壁厚圆顶锥形结构设计的17枚一体式MEFP战斗部达到了预期的效果,说明该设计是成功的。

      (2) 静爆实验中,17枚一体式MEFP战斗部形成长杆型侵彻体,形状和飞行方向稳定,能有效穿透12mm厚的603装甲钢靶板; 弹丸呈中心1枚、中间8枚、最外围8枚的分布规律,在对603装甲钢靶板进行侵彻的过程中,由于外围弹丸相对于中心弹丸存在径向速度,故具有一定的飞散角,约为14.8°。

      (3) 分析数值模拟和实验结果发现,二者的侵彻过程及飞散角大小吻合较好,证明对一体式MEFP成型及侵彻603装甲钢靶板过程的数值模拟结果是可信的。

      后续将开展药型罩排列方式及壳体中稀疏波对MEFP战斗部最终成型影响的相关工作。

参考文献 (10)

目录

    /

    返回文章
    返回