可变形定向破片战斗部在不同展开模式下的性能数值模拟

杜伊杨 黄炫宁 杨鸿铭 周晴 李伟兵

杜伊杨, 黄炫宁, 杨鸿铭, 周晴, 李伟兵. 可变形定向破片战斗部在不同展开模式下的性能数值模拟[J]. 高压物理学报, 2022, 36(3): 035103. doi: 10.11858/gywlxb.20210887
引用本文: 杜伊杨, 黄炫宁, 杨鸿铭, 周晴, 李伟兵. 可变形定向破片战斗部在不同展开模式下的性能数值模拟[J]. 高压物理学报, 2022, 36(3): 035103. doi: 10.11858/gywlxb.20210887
DU Yiyang, HUANG Xuanning, YANG Hongming, ZHOU Qing, LI Weibing. Numerical Simulation of Deformable Directional Fragment Warhead Performance in Different Expansion Modes[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2022, 36(3): 035103. doi: 10.11858/gywlxb.20210887
Citation: DU Yiyang, HUANG Xuanning, YANG Hongming, ZHOU Qing, LI Weibing. Numerical Simulation of Deformable Directional Fragment Warhead Performance in Different Expansion Modes[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2022, 36(3): 035103. doi: 10.11858/gywlxb.20210887

可变形定向破片战斗部在不同展开模式下的性能数值模拟

doi: 10.11858/gywlxb.20210887
基金项目: 国家级大学生创新创业训练计划(202010288007Z)
详细信息
    作者简介:

    杜伊杨(1999-),男,本科,主要从事战斗部设计研究. E-mail:duyiyang@njust.edu.cn

    通讯作者:

    李伟兵(1982-),男,博士,教授,博士生导师,主要从事高效毁伤技术研究.E-mail:njustlwb@163.com

  • 中图分类号: O383; TJ410.33

Numerical Simulation of Deformable Directional Fragment Warhead Performance in Different Expansion Modes

  • 摘要: 为使战斗部具有多种定向毁伤模式并实现一定程度上的可控毁伤,提出了一种扇形装药的可变形定向破片战斗部,该战斗部可实现轴向展开和侧向展开2种模式。采用AUTODYN软件进行破片场的数值模拟。首先,基于战斗部单元体分析获得了距离轴心25 mm处的最佳起爆点位置;其次,对整个战斗部进行分析,在轴向展开模式下分析了轴向展开角度对破片飞散速度、破片数目和破片空间分布的影响,发现轴向展开角在60°~75°范围内毁伤效果较佳;最后,在侧向展开模式下分析了整个战斗部的破片速度和破片空间分布情况,结果表明破片具有明显的定向飞散特性。

     

  • 图  战斗部结构示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of warhead structure

    图  展开模式示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of expansion modes

    图  战斗部的简化模型示意图(单位:mm)

    Figure  3.  Schematic diagram of warhead model (Unit: mm)

    图  选取的起爆点位置示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of initiation point locations

    图  轴向展开角示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of axial-expansion angle

    图  侧向展开角示意图

    Figure  6.  Schematic diagram of lateral-expansion angle

    图  不同起爆点位置下破片的飞散速度

    Figure  7.  Fragments’ mean velocity for different initiation points

    图  10 μs时不同起爆点位置下壳体所受压强分布云图

    Figure  8.  Pressure distribution on warhead case for different initiaion points at a time delay of 10 μs

    图  不同起爆点位置下的破片数统计

    Figure  9.  Fragment quantity for different initiation points

    图  10  100 μs时单元体破片的飞散情况

    Figure  10.  Fragment dispersion of unit constituting warhead at different initiation points at a time delay of 100 μs

    图  11  不同展开角下破片数统计

    Figure  11.  Fragment quantity at different axial-expansion angles

    图  12  不同轴向展开角下破片位置的散点图

    Figure  12.  Scatter plots of fragments’ locations at different axial-expansion angles

    图  13  不同轴向展开角下破片的平均速度及其Z轴的分量

    Figure  13.  Mean velocities and velocities in Z axis of fragments at different expansion angles

    图  14  破片密集区

    Figure  14.  Dense area of fragments

    图  15  不同轴向展开角下破片的分布情况

    Figure  15.  Fragment dispersions at different axial-expansion angles

    图  16  破片盲区锥顶角示意图

    Figure  16.  Schematic diagram of the cone angle for the zone without fragment

    图  17  不同轴向展开角下破片盲区的锥顶角

    Figure  17.  Cone angles of zone without fragment at different axial-expansion angles

    图  18  侧平面破片飞散角示意图

    Figure  18.  Schematic diagram of fragments’ dispersion angle in lateral plane

    图  19  不同轴向展开角度下破片的侧平面飞散角

    Figure  19.  Fragments’ dispersion angles in lateral plane for different axial-expansion angles

    图  20  不同轴向展开角下破片速度随周向角的分布情况

    Figure  20.  Fragments’ velocity distribution in versus of $\phi $ for different axial-expension angles

    图  21  不同轴向展开角下破片速度随侧平面飞散角的分布情况

    Figure  21.  Fragments’ velocity distributions in versus of $\delta $ for different axial-expansion angles

    图  22  侧向展开模式下破片飞散情况

    Figure  22.  Fragment dispersion in lateral-expanding mode

    图  23  侧向展开模式下破片位置散点图

    Figure  23.  Scatter plot of fragments’ locations in lateral-expanding mode

    图  24  侧向展开模式下破片速度分布

    Figure  24.  Velocity distribution of fragments in lateral-expanding mode

    表  1  材料模型

    Table  1.   Material models

    ComponentMaterialEquation of stateStrength modelFailure model
    ExplosiveComp. BJWLHydro
    CasingSteel 4340LinearJohnson-CookPrincipal strain
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    表  2  Comp. B炸药材料参数

    Table  2.   Material parameters of Comp. B

    $\,\rho $/(g·cm−3)D/(m·s−1)pCJ/GPa A/GPaB/GPaR1R2ω
    1.717798029.5524.27.6784.21.10.34
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    表  3  4340钢材料参数

    Table  3.   Material parameters of steel 4340

    $\,\rho $/(g·cm−3)IYS/GPaHC/GPaHESRCRSRBM/GPaSM/GPa
    7.830.7920.510.260.014115981.8
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    表  4  密集区破片的平均速度

    Table  4.   Mean velocity of fragments in dense area

    $\,\beta$/(°)Mean velocity/(m∙s−1)
    d=10 mmd=20 mmd=30 mmd=40 mmd=50 mmd=60 mm
    60118011821225128713111323
    75130213321343136613761401
    90141314911503151515241527
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    表  5  侧平面飞散角在不同取值区间的破片占比

    Table  5.   Distribution of fragments at different intervals of dispersion angle in the lateral plane

    $\,\beta $/(°)$\delta $min/(°)$\delta $max/(°)$x{_\delta} $/%
    $\delta $<10°10°
    −20°
    20°
    −30°
    30°
    −40°
    40°
    −50°
    50°
    −60°
    60°
    −70°
    70°
    −80°
    80°
    −90°
    $\delta $>90°
    15−3.5433.4733.2641.3422.253.15000000
    304.2455.05 6.927.1445.7631.03 4.02 5.130000
    4516.7669.0704.345.8428.3543.2913.42 4.76000
    6030.9884.5700013.1213.6242.1625.45 3.342.310
    7549.9991.84000010.6021.6627.1929.959.45 1.15
    9047.75101.000000 0.17 8.9525.9923.7529.95 11.19
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    表  6  飞散角$\gamma $$\eta $在不同取值区间内的碎片数占比

    Table  6.   Fragment distributions at different intervals of dispersion angles $\gamma $ and $\eta $

    $x{_\gamma}$/%$\gamma $max/(°)
    0°−5°5°−10°10°−15°15°−20°20°−25°25°−30°30°−35°35°−40°40°−45°
    57.6823.419.883.292.320.730.850.611.2344.24
    $x{_\eta}$/%$\eta $max/(°)
    0°−5°5°−10°10°−15°15°−20°20°−25°25°−30°30°−35°35°−40°40°−45°
    54.6330.005.242.325.981.590.240031.34
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  • [1] 崔瀚, 张国新. 定向战斗部研究现状及展望 [J]. 飞航导弹, 2019(3): 84–89.
    [2] 李记刚, 余文力, 王涛. 定向战斗部的研究现状及发展趋势 [J]. 飞航导弹, 2005(5): 25–29. doi: 10.3969/j.issn.1009-1319.2005.05.008
    [3] 张天光. 美英定向战斗部的研究与应用 [J]. 航空兵器, 2002, 9(3): 38–41. doi: 10.3969/j.issn.1673-5048.2002.03.013
    [4] SAVAGE J C, O'NEAL J K, BROWN R A, et al. Powered low cost autonomous attack system: cooperative, autonomous, wide-area-search munitions with capability to serve as non-traditional ISR assets in a network-centric environment [C]//Proceedings of SPIE 5791, Laser Radar Technology and Applications X. Orlando: SPIE, 2005.
    [5] 谭多望, 张振宇, 王志兵, 等. 爆炸变形战斗部模型试验研究 [J]. 爆炸与冲击, 2002, 22(3): 247–251. doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2002.03.010

    TAN D W, ZHANG Z Y, WANG Z B, et al. Investigation of a detonatively deformable warhead [J]. Explosion and Shock Waves, 2002, 22(3): 247–251. doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2002.03.010
    [6] MILLER C W. Warhead having selectable axial effects: United States Patent Application, 20150033971 [P]. 2015-02-05.
    [7] 凌琦, 何勇, 何源, 等. 扇形复合装药驱动破片定向飞散的数值模拟 [J]. 高压物理学报, 2017, 31(05): 557–565.

    LING Q, HE Y, HE Y, et al. Numerical simulation of directed scattering of fragments driven by sector-shaped double-layer charge [J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2017, 31(05): 557–565.
    [8] 洪晓文, 李伟兵, 李文彬, 等. 展开角度及起爆位置对轴向展开式定向战斗部性能的影响 [J]. 含能材料, 2018, 26(5): 383–389.

    HONG X W, LI W B, LI W B, et al. Effect of expanding angle and initiation position on the performance of axial-expanding directional warhead [J]. Chinese Journal of Energetic Materials, 2018, 26(5): 383–389.
    [9] 陈闯, 杨丽, 阮凌飞, 等. 展开式EFP战斗部复合破片场成型的数值模拟 [J]. 火炸药学报, 2019, 42(3): 295–302.

    CHEN C, YANG L, RUAN L F, et al. Numerical simulation on composite fragment field formation of expansion EFP warhead [J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants, 2019, 42(3): 295–302.
    [10] 赵宇哲, 李健, 马天宝. 展开式定向战斗部展开过程实验研究 [J]. 高压物理学报, 2016, 30(2): 116–122.

    ZHAO Y Z, LI J, MA T B. Experiment on spread processes of the spreadable aimed warhead [J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2016, 30(2): 116–122.
    [11] 耿荻, 马天宝, 宁建国. 定向战斗部爆炸驱动规律研究 [J]. 高压物理学报, 2013, 27(5): 685–690. doi: 10.11858/gywlxb.2013.05.005

    GENG D, MA T B, NING J G. Study on laws of explosive driven behaviors of aimed warhead [J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2013, 27(5): 685–690. doi: 10.11858/gywlxb.2013.05.005
    [12] 马征, 宁建国, 马天宝. 展开型定向战斗部展开过程的理论计算与数值模拟 [J]. 弹箭与制导学报, 2007, 27(1): 111–114. doi: 10.3969/j.issn.1673-9728.2007.01.033

    MA Z, NING J G, MA T B. Dynamic analysis and numerical simulation for spread process of a evolvable aimed warhead [J]. Journal of Projectiles, Rockets, Missiles and Guidance, 2007, 27(1): 111–114. doi: 10.3969/j.issn.1673-9728.2007.01.033
    [13] AUTODYN, Autodyn user’s manual [M]. Release 19.0, 2019.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-30
  • 修回日期:  2021-10-15
  • 录用日期:  2021-10-20
  • 刊出日期:  2022-05-30

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