基于AUTODYN的EFP動能干擾協同作用仿真研究

陳玉 盧旭東 李建普

摘 ?要：為提高傳統特種能源成型干擾器（EFP）侵徹部的侵徹范圍和干擾效果，通過對EFP侵徹部進行結構優化，在不影響EFP成型的基礎上，將預制破片和EFP侵徹部這2種干擾元進行融合，形成EFP動能干擾復合侵徹部。采用AUTODYN有限元分析軟件將動能干擾侵徹部的殼體結構和藥型罩外形對破片運動狀態和藥型罩變形情況的影響進行數值模擬。結果表明，采用球缺形藥型罩有利于形成EFP；當殼體與水平角度在-8°～-10°范圍內，預制破片和形成的EFP速度最大，可增大侵徹部的干擾效果。

關鍵詞：EFP侵徹部；藥型罩；預制破片；AUTODYN；殼體結構

中圖分類號：TJ410 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2024）14-0001-04

Abstract： In order to improve the penetration range and jamming effect of the traditional EFP penetration part， the structure of the EFP penetration part is optimized. On the basis of not affecting the forming of EFP， the two interference elements of the prefabricated fragment and the EFP penetration part are integrated to form the EFP kinetic energy interference composite penetration part. The effects of the shell structure of the kinetic energy interference penetration and the shape of the liner on the fragment motion and the cover deformation are numerically simulated using AUTODYN finite element analysis software. The results show that the spherical shaped liner is beneficial to the formation of EFP; when the angle between the shell and the horizontal is in the range of -8°～-10°， the velocity of prefabricated fragments and EFP is the highest， which can increase the interference effect of the penetration part.

Keywords： EFP penetration part; shaped liner; prefabricated fragments; AUTODYN; shell structure

特種能源成型干擾器（EFP）侵徹部是一種對裝甲防護目標進行干擾的侵徹部，具有抗外部影響、侵徹后效大的優點[1]。EFP侵徹部利用高能特種能源爆轟時產生的高溫高壓能量轉化為藥型罩的動能和塑性變形能，將金屬的藥型罩鍛造成的高速EFP形狀，從而以EFP自身的動能作用在裝甲目標上[2]。目前設計的EFP侵徹部大多僅關注對裝甲的干擾，對裝甲附近目標的協同影響能力較為有限。通過在其侵徹部上添加預制破片，形成動能-預制破片復合侵徹部，增強其附帶干擾效果，提高干擾范圍和質量[3]。動能-預制破片復合侵徹部是在不影響EFP成型的基礎上，將預制破片和EFP侵徹部這2種干擾元進行融合，形成EFP動能干擾復合侵徹部，使其既能夠發揮EFP對裝甲的影響能力又能夠發揮預制破片對目標的大面積干擾效果，達到增加裝藥利用率的同時擴展其干擾效能的目的[4]。

本文基于AUTODYN有限元分析軟件對不同外形預制破片-EFP動能干擾復合侵徹部進行數值模擬，研究殼體結構和藥型罩外形對破片運動狀態和藥型罩變形情況的影響，為EFP動能干擾復合侵徹部開發提供殼體結構和藥型罩外形設計的理論依據。

1 ?復合侵徹部結構

1.1 ?復合侵徹部基礎結構

在EFP侵徹部中加入預制破片形成EFP動能干擾復合侵徹部，其基礎結構如圖1所示。由圖1可見，復合侵徹部的基本結構一般由殼體、球形預制破片、內襯、炸藥裝藥、起爆裝置和半球形藥型罩等基本結構組成，殼體與內襯為整體構成，球形破片采用緊密排列的布局方式分布在殼體中[5]。球形破片之間注入低壓聚乙烯粘合，軸向布置18列，軸向52排，共936個。

1.2 ?復合侵徹部結構優化

藥型罩形狀直接影響EFP形成的類型和速度，直接影響對裝甲目標的干擾效果。傳統EFP的成型模式有向后翻轉型、向前壓攏型和壓垮型3種。其中，向后翻轉型更能有效利用特種能源的能量、形成結構致密破甲效果優良的EFP[6]，因此優化后的藥型罩形狀采用能形成向后翻轉式EFP的球缺形，以替換傳統的半球形藥型罩。此外，EFP動能干擾復合侵徹部采用單點中心起爆方式，預制破片會向四周飛散，為控制預制破片的飛行方向，在基本結構基礎上對殼體的水平角度進行優化。優化后的復合干擾侵徹部結構如圖2所示。由圖2可見，優化后的侵徹部相較于基礎結構，減少了侵徹部尾部預制破片的數量，產生的空間用4340鋼填充；同時在不改變侵徹部殼體厚度、減小殼體對預制破片抑制作用情況下，減小侵徹部的口部尺寸，殼體與水平方向分別呈-1°、-3°、-6°、-8°、-10°夾角，分別命名EFP-1、EFP-3、EFP-6、EFP-8、EFP-10，復合侵徹部外形總體呈錐形外貌。

2 ?數值模擬結果分析

2.1 ?模型建立及材料本構模型

采用AUTODYN動力學分析軟件對EFP動能干擾復合侵徹部的成型過程進行數值模擬，建立2D二分之一模型，采用默認單位制：mm、ms、mg[7-8]。侵徹部數值仿真模擬采用歐拉-拉格朗日耦合算法，其中炸藥、內襯、殼體、藥型罩是流體，采用歐拉算法；預制破片采用拉格朗日算法[9]。為減小殼體對預制破片飛散時的阻力，采用鋁合金（AL 2024）作為殼體；殼體底部和內襯采用4340鋼（STEEL 4340）；藥型罩采用傳統的銅合金（COPPER）；為保證預制破片硬度，選擇密度較大的鎢合金（TUNG.ALLOY）；其相關參數見表1。復合侵徹部炸藥裝藥為COMP B型炸藥，與復合侵徹部相關的參數列于表2[10-11]。

2.2 ?侵徹部的EFP和預制破片作用動態

侵徹部的各個構件在爆轟波沖擊作用下開始運動，殼體和內襯受到沖擊發生破碎，預制破片在爆轟波的作用下向四周飛散，藥型罩變形形成EFP或普通桿式金屬射流[12]。

為描述預制破片和藥型罩的運動形態，分別對基礎結構侵徹部和優化結構侵徹部在爆轟0.072 0 ms運動形態進行仿真分析，結果如圖3所示。由圖3可知，基礎結構的半球形藥型罩在高溫高壓作用下呈流體狀態，形成高速運動的、不斷延伸的普通桿式金屬射流，并沒有形成破甲所需的高速EFP，預制破片則在X軸方向非聚集式發散分布，這將導致預制破片在接觸目標前發生相互摩擦、碰撞的幾率增大，降低破片的干擾效果[13]；優化結構侵徹部的球缺形藥型罩在炸藥裝藥爆轟后，藥型罩頂部微元的軸向速度明顯大于底部微元的軸向速度，出現向后翻轉的成型模式；此時，罩殼中部超前，邊部遲后，并向對稱軸收攏，成為EFP的尾部，最終形成帶裙或帶尾翼的EFP；預制破片則形成聚集式發散分布。

2.3 ?侵徹部破片及EFP形成臨界速度

由于基礎結構侵徹部沒有形成高速EFP，因此提取優化結構侵徹部藥型罩的速度和時間數據形成曲線，如圖4所示。由圖4可知，優化后的5種侵徹部藥型罩的速度分別約為1 900、2 000、1 900、2 000和1 800 mm/ms，達到EFP成型速度1 500～3 000 mm/ms要求，因此優化的球缺形藥型罩符合動能干擾復合侵徹部設計需求[14]。

預制破片的飛行速度也是衡量侵徹部干擾效果的影響因素之一[15]，由于爆轟波并不是同時作用在各個破片球上，起爆點間的距離不同，破片的速度也不相同，距離起爆點間距相同的破片其沿X軸方向的運動方向和速度是一致的，選取戰斗部口部前4組破片分析其X軸方向的運動速度，結果見表3。

由表3可以看出，基礎結構侵徹部中預制破片的速度明顯小于優化結構侵徹部中預制破片的速度。對于優化結構戰斗部而言，預制破片的速度隨殼體與水平方向夾角增大而增加，其中夾角-8°～-10°預制破片的速度最大，能提高侵徹部的干擾效果。

3 ?結論

在傳統EFP侵徹部基礎上在殼體中增加預制破片，并對殼體與水平角度和藥型罩形態進行優化，球缺形藥型罩有利于形成EFP，減小殼體與水平角度可增大預制破片沿X軸方向飛行速度，增強侵徹部的干擾效果。當殼體與水平角度在-8°～-10°范圍內，預制破片和形成的EFP速度最大。

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