EFP戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

李 劍

(安徽神劍科技股份有限公司，合肥 230022)

【裝備理論與裝備技術(shù)】

EFP戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

李 劍

(安徽神劍科技股份有限公司，合肥 230022)

基于研究EFP穿甲威力目的，利用LS-DYNA軟件對(duì)球缺型EFP成形進(jìn)行數(shù)值模擬研究；分析了曲率半徑、藥型罩壁厚、殼體厚度等參數(shù)對(duì)EFP成形性能的影響規(guī)律；優(yōu)化得到了藥柱高度50 mm、裝藥直徑40 mm的EFP戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)方案；研究結(jié)論將為EFP優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

EFP；結(jié)構(gòu)參數(shù)；藥型罩；數(shù)值模擬；優(yōu)化設(shè)計(jì)

EFP即爆炸成型彈丸，是利用聚能裝藥原理，通過(guò)炸藥的聚能爆轟作用，使金屬藥型罩壓垮變形而成形出一個(gè)具有較高質(zhì)心速度和一定結(jié)構(gòu)形狀的彈丸，從而可以以動(dòng)能侵徹目標(biāo)。隨著裝甲目標(biāo)防護(hù)能力的不斷增強(qiáng)，需要設(shè)計(jì)速度更高、動(dòng)能更大的高威力EFP，以滿足侵徹性能要求[1-2]。

影響EFP成形性能的關(guān)鍵因素有裝藥性能、裝藥結(jié)構(gòu)、藥型罩材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)等[3]。而裝藥結(jié)構(gòu)是EFP戰(zhàn)斗部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部件。本文以球缺形藥型罩形成EFP為例進(jìn)行研究，采用數(shù)值模擬方法分別模擬不同R1、h以及δ方案下EFP成形過(guò)程，分析藥型罩曲率半徑、藥型罩壁厚、殼體厚度等參數(shù)對(duì)EFP成形性能的影響規(guī)律，最終找出EFP戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)參數(shù)最佳組合方案。

1 模型建立及方案確定

1.1 模型建立

計(jì)算模型采用如圖1所示的典型球缺罩EFP戰(zhàn)斗部裝藥， 其中裝藥為8701炸藥，藥型罩材料為紫銅，殼體材料為鋼[4]。圖1中各參數(shù)的物理意義如下：α為切向半錐角；R1為藥型罩內(nèi)曲率半徑；R2為藥型罩外曲率半徑；δ為殼體厚度；L為裝藥高度；DK為裝藥直徑；藥型罩壁厚h=R2-R1[5]。

圖1 EFP戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)

采用動(dòng)力分析有限元程序LS-DYNA進(jìn)行EFP數(shù)值模擬，并采用拉格朗日算法[6-7]。

1.2 方案確定

數(shù)值模擬計(jì)算共計(jì)21種方案，具體步驟：在戰(zhàn)斗部其他結(jié)構(gòu)參數(shù)確定前提下，依次針對(duì)7種不同R1、h、δ的EFP進(jìn)行成形模擬計(jì)算[8]，分析3種參數(shù)對(duì)EFP成形性能的影響規(guī)律，分別找出R1、h、δ的與裝藥直徑DK的最佳配比關(guān)系，最終確定EFP戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)參數(shù)最佳組合方案[9-10]。

2 曲率半徑方案計(jì)算分析

2.1 曲率半徑方案確定

在EFP戰(zhàn)斗部其他結(jié)構(gòu)參數(shù)確定前提下，針對(duì)7種不同R1的EFP進(jìn)行成形模擬計(jì)算，計(jì)算方案如表1所示。

表1 R1計(jì)算方案 mm

2.2 曲率半徑方案計(jì)算分析

計(jì)算不同R1方案下，成形EFP的v、E以及l(fā)/d結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表2、圖2。

表2 不同R1方案下的v、E、l/d

圖2 v、l/d與R1關(guān)系

從表2、圖2可以得出，v隨著R1的增大也隨之增大。但是增長(zhǎng)幅度隨R1增大而逐漸減小。當(dāng)R1≥45 mm，v增幅不大，R1對(duì)速度影響減弱。

l/d隨著R1增大而減小。l/d較大時(shí)，EFP頭、尾部速度差較大，容易出現(xiàn)拉伸斷裂；l/d較小時(shí)，EFP內(nèi)部容易出現(xiàn)空腔，影響穿甲能力。

E隨著R1的增加先增長(zhǎng)后減小，說(shuō)明R1較大時(shí)候，容易出現(xiàn)碎裂現(xiàn)象，導(dǎo)致EFP品質(zhì)下降，降低侵徹性能。

不同R1方案模擬計(jì)算，EFP在60 μs形狀對(duì)比如圖3所示。

圖3 不同R1的EFP外形(t=60 μs)

圖3可以得出：R1對(duì) EFP的質(zhì)心位置有較為明顯的影響。隨著R1的增大，EFP質(zhì)心向其頭部靠近。EFP長(zhǎng)度逐漸減小，而且R1越大，形成的EFP空腔體積越大。這將造成彈丸穿甲能力下降。R1較小時(shí)，EFP的穩(wěn)定裙部分較小，整體細(xì)長(zhǎng)，影響EFP的飛行穩(wěn)定性。

綜合分析得出，R1=1～1.125DK時(shí)，所形成的EFP具有較高的飛行穩(wěn)定性以及較大的穿甲威力。

3 藥型罩壁厚方案計(jì)算分析

3.1 藥型罩壁厚方案確定

本節(jié)確定R1=DK前提下，針對(duì)7種不同h的EFP進(jìn)行成形模擬計(jì)算，計(jì)算方案見(jiàn)表3。

表3 h計(jì)算方案 mm

3.2 藥型罩壁厚方案計(jì)算分析

計(jì)算不同h方案下，成形EFP的v、E以及l(fā)/d結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表4、圖4。

表4 不同h方案下的v、E、l/d

圖4 v、l/d與h關(guān)系

由表4、圖4可以得出，v、E以及l(fā)/d與h成反比例關(guān)系，隨著h增大，v、E、l/d均減小。l/d過(guò)大，EFP容易出現(xiàn)拉伸斷裂，l/d過(guò)小，容易造成EFP空腔，影響穿甲能力。所以在l/d適中情況下，盡量選擇h較小的藥型罩。

不同h方案模擬計(jì)算，EFP在60 μs形狀對(duì)比如圖5所示。

圖5 不同h的EFP外形(t=60 μs)

圖5可以得出，h≤1.5 mm，EFP形狀細(xì)長(zhǎng)，拉伸現(xiàn)象嚴(yán)重；h過(guò)小時(shí)，甚至出現(xiàn)中間斷裂，嚴(yán)重影響侵徹性能；h≥3 mm，EFP形狀短粗，中間存在較大空腔，不利于穿甲。

綜合分析得出，h=0.05～0.0625DK時(shí)，所形成的EFP具有較高的飛行速度以及較大的侵徹動(dòng)能。

4 殼體厚度方案計(jì)算分析

4.1 殼體厚度方案確定

在R1=DK、h=0.05DK條件下，針對(duì)7種δ的EFP進(jìn)行成形模擬計(jì)算，計(jì)算方案見(jiàn)表5。

表5 δ計(jì)算方案 mm

4.2 殼體厚度方案計(jì)算分析

計(jì)算不同δ方案下成形EFP的v、E以及l(fā)/d結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表6、圖6。

表6 不同δ方案下的v、E、l/d

圖6 v、l/d與δ關(guān)系

由表6、圖6可以得出，隨著δ增大，v、E增大；l/d近似成線性關(guān)系。減小幅度不大，說(shuō)明δ對(duì)l/d影響不大。

不同δ方案模擬計(jì)算，EFP在60 μs形狀對(duì)比如圖7所示。

圖7 不同δ的EFP外形(t=60 μs)

由圖7可以得出，δ增大，藥形罩軸向速度增大，從而使EFP從簡(jiǎn)單的翻轉(zhuǎn)拉伸逐漸過(guò)渡到擠壓成密實(shí)的長(zhǎng)桿形狀。如果δ過(guò)大，就會(huì)使EFP重心后移，不利于飛行穩(wěn)定性；而當(dāng)δ過(guò)小時(shí)，形成的EFP存在空腔，雖使重心靠前，有利于EFP的飛行穩(wěn)定性，但會(huì)減小EFP的v、E，不利于穿甲。

綜合分析可得，δ=(0.050 0～0.062 5)DK時(shí)，所形成的EFP具有較強(qiáng)的飛行穩(wěn)定性以及較大的侵徹動(dòng)能。

5 總結(jié)

綜合考慮得出R1、h及δ與DK的最優(yōu)綜合匹配為R1=1～1.125DK、h=0.05～0.062 5DK、δ=0.05～0.062 5DK，為以后進(jìn)行EFP優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

[1] 朱寶祥.大威力EFP戰(zhàn)斗部技術(shù)研究[D].南京：南京理工大學(xué),2007：1-18.

[2] 黃群濤.環(huán)形EFP形成機(jī)理研究[D].南京：南京理工大學(xué),2008：1-10.

[3] 盧芳云，李翔宇，林玉亮.戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)與原理[M].北京：科學(xué)出版社，2009：66-72.

[4] 尹建平，付璐，王志軍，等.藥型罩結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)EFP成型影響的灰關(guān)聯(lián)分析[J].解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012，1(3)：101-105.

[5] 蔣建偉，楊軍，門建兵，等.結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)EFP成型影響的數(shù)值模擬[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，11(24)：939-941.

[6] 時(shí)黨勇，李裕春，張勝民.基于ANSYS/LS-DYNA 8.1進(jìn)行顯式動(dòng)力分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005：250-263.

[7] LSTC inc.LS-DYNA KEYWORD USER’S MANUAL(Version 970)[M].北京：水利水電出版社，2008.

[8] 顧文彬，劉建青，唐勇，等.球缺型EFP戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，32(2)：165-170.

[9] 張志春，孫新利，孟會(huì)林，等.EFP成型影響因素的數(shù)值模擬[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2006,26(1)：227-231.

[10]郭支明，王志軍，吳國(guó)東.EFP戰(zhàn)斗部參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2005,25(4)：159-161.

(責(zé)任編輯周江川)

Structural Parameters Optimization Design of EFP Warhead

LI Jian

(Anhui Shenjian Technology Company Limited, Hefei 230022, China)

Based on the study of EFP penetrating power, numerical simulation of EFP forming by using LS-DYNA software was proposed. The influence rule of R1，h，δ and other parameters on the formability of EFP was analyzed. The optimized structure of EFP warhead withL=50 mm andDk=40 mm was obtained. The conclusion can give a reference for the optimization design of EFP.

EFP; structure parameter; medicine type cover; numerical simulation; optimization design

2016-08-11；

2016-09-17

李劍(1976—)，男，工程師，主要從事彈藥工程研究。

10.11809/scbgxb2017.01.009

李劍.EFP戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2017(1):36-39.

format:LI Jian.Structural Parameters Optimization Design of EFP Warhead[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(1):36-39.

TJ413.+2

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