錐形藥型罩壁厚對形成侵徹體特性的影響

黃維平，焦志剛，張鎮(zhèn)洲

（1.沈陽理工大學(xué)，遼寧 沈陽110159；2.沈陽工業(yè)集團有限公司，遼寧 沈陽110116）

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錐形藥型罩壁厚對形成侵徹體特性的影響

黃維平1，2，焦志剛1，張鎮(zhèn)洲1

（1.沈陽理工大學(xué)，遼寧 沈陽110159；2.沈陽工業(yè)集團有限公司，遼寧 沈陽110116）

摘要:為獲得錐角藥型罩壁厚對形成侵徹體特性的影響，在戰(zhàn)斗部其他參量不變的情況下，針對不同的錐形藥型罩壁厚建立計算模型，應(yīng)用LS-DYNA數(shù)值仿真軟件對侵徹形成過程進(jìn)行仿真，結(jié)果表明對于一定錐角的大錐角藥型罩，隨著壁厚的增加所形成侵徹體頭部速度和頭尾速度差增大，所形成的侵徹體由EFP逐漸過渡為高速桿直至射流，為多模聚能戰(zhàn)斗部的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：藥型罩；厚度；金屬射流；聚能桿式侵徹體

聚能裝藥侵徹體的影響因素是多方面的[1]。藥型罩的壁厚等是藥型罩形狀的主要參量[2]。炸藥爆炸后爆轟波作用在金屬藥型罩上，在不改變裝藥結(jié)構(gòu)的情況下，炸藥對金屬罩的作功能力是一定的[3]。因此，藥型罩的壁厚將直接影響聚能裝藥所形成侵徹元的特性，尤其對其頭部速度的影響。本文選取錐形藥型罩的相關(guān)參數(shù)對聚能裝藥戰(zhàn)斗部進(jìn)行數(shù)值模擬，分析、歸納、總結(jié)其影響規(guī)律，以期探索出錐角藥型罩壁厚對形成侵徹體特性的影響。

1　模型建立

藥型罩、炸藥和空氣材料具體仿真參數(shù)如表1所示。

表1　材料參數(shù)

藥型罩模型選取Johnson-Cook模型，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

其中：

A、B、C、m、n為材料常數(shù)。

數(shù)值仿真幾何模型具體尺寸為：裝藥直徑D為80 mm，藥柱高度H為160 mm，錐弧結(jié)合部分的曲率半徑為10 mm.裝藥和藥型罩是軸對稱結(jié)構(gòu)，可用二分之一模型進(jìn)行仿真計算，如圖1（a）所示。如圖1 （b）為二分之一模型鏡像后整體結(jié)構(gòu)。應(yīng)用ANSYS數(shù)值仿真軟件中的ALE算法進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，其中的仿真模型如圖1所示。

圖1　數(shù)值模擬模型示意圖

2　數(shù)值模擬

選取關(guān)于藥型罩形狀的幾個主要參量進(jìn)行數(shù)值模擬，對藥型罩壁厚參數(shù)變化進(jìn)行相關(guān)仿真并探索其對聚能裝藥所形成侵徹元的影響。本文所仿真的藥型罩錐角為120°，由于在60 μs時，聚能裝藥侵徹體趨于穩(wěn)定，所以選擇在60 μs時觀察侵徹體形態(tài)。

改變藥型罩壁厚的大小而戰(zhàn)斗部其他參量都不變的方法進(jìn)行仿真，分析仿真結(jié)果以便探索出聚能裝藥侵徹元特性與罩壁厚的關(guān)系。不同壁厚變化對應(yīng)的侵徹體形態(tài)如圖2所示。

圖2　壁厚變化對應(yīng)的侵徹體形態(tài)

表2是60 μs時各壁厚下藥型罩聚能侵徹體頭尾部速度。

表2　60μs時各壁厚藥型罩聚能桿式侵徹體頭尾部速度（m/s）

繪制各壁厚下60 μs時，所形成的聚能侵徹體頭尾部速度曲線圖，得到結(jié)果如下圖3所示。

圖3　60μs時各壁厚下聚能侵徹體頭尾部速度

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[4-7]知，聚能射流速度一般可以達(dá)到5 000~10 000 m/s，高速EFP以自身的動能侵徹裝甲目標(biāo)，其速度在700~2 500 m/s，其毀傷元頭尾速度差較低。聚能桿式侵徹體具有比EFP更高的速度，約在3 000~5 000 m/s，形成聚能桿式彈丸時頭尾速度差小于1 000 m/s.

由圖3可知，隨著藥型罩壁厚的增大，射流速度逐漸減小，速度梯度反而隨之增大。在藥型罩錐角為120°，藥型罩壁厚為2.5%D，頭部速度逐漸由5 173 m/s減小到3 895 m/s，頭部速度差逐漸由0增大到1 500 m/s，毀傷元頭尾速度差為795 m/s.由此可見，隨著壁厚的增加，毀傷元頭尾速度差逐漸增大，所形成侵徹體頭部速度和頭尾速度差增大，所形成的侵徹體由EFP逐漸過渡為高速桿直至射流。

3　結(jié)束語

對于一定錐角的大錐角藥型罩，隨著壁厚的增加所形成侵徹體頭部速度和頭尾速度差增大，所形成的侵徹體由EFP逐漸過渡為高速桿直至射流。

參考文獻(xiàn)：

[1]段卓平，張震宇.桿式射流形成的初步研究[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報，2004，24（4）:54-56.

[2]吳晗玲，段卓平，汪永慶.桿式射流形成的數(shù)值模擬研究[J].爆炸與沖擊，2006，26（4）:42-46.

[3]張寶平，張慶明，黃風(fēng)雷，等.爆轟物理學(xué)[M].北京:兵器工業(yè)出版社，2006.

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[5]隋樹元，王樹山.終點效應(yīng)學(xué)[M].北京:國防工業(yè)出版社，2000.

[6]樊菲.實現(xiàn)桿流與射流轉(zhuǎn)換的研究[D].南京:南京理工大學(xué)，2012.

[7]李偉兵，樊菲，王曉鳴，等.桿式射流與射流轉(zhuǎn)換的雙模戰(zhàn)斗部優(yōu)化設(shè)計[J].兵工學(xué)報，2013，34（12）:1500-06.

中圖分類號：TJ41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）04-0035-02

收稿日期：2016-01-22

作者簡介：黃維平（1980-），男，遼寧朝陽人，碩士研究生，工程師，從事彈藥工程設(shè)計與檢測。

Study on the Conversion Character for Metal Jet and Cumulative Rod Penetrating Body

HUANG Wei-ping1，2，JIAO Zhi-gang1，ZHANG Zhen-zhou1
（1.Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China；2.Liaoshen Industries Group Co.Ltd，Shenyang 110116，China）

Abstract：In order to obtain the Angle shaped charge liner thickness effects on penetration will form features.In the warhead under the condition of other parameters constant，for different cone type shield wall thickness calculation model is set up，using Ls-dyne numerical simulation software simulation on formation process of penetration，results show that the big cone angle for a certain angle shaped charge liner，with the increase of wall thickness formed by the penetration of body head and tail velocity difference speed increase，formed by the penetration of body by EFP gradually transition to high speed rod until jet，the multiple model can provide reference for structure design of warhead.

Key words:shaped charge liner；thickness；metal jet；cumulative rod penetrating body