整體式MEFP成型影響因素分析

【摘要】為提高多爆炸成型彈丸（MEFP）戰斗部的成形效果，設計一種由一個主藥型罩和12個副藥型罩組成的整體式MEFP。利用AUTODYN仿真研究裝藥長徑比、嵌板傾角、主藥型罩的壁厚及主藥型罩曲率半徑對MEFP成型的影響，得到了較強侵徹能力及合適飛散角的MEFP。

【關鍵詞】MEFP|數值模擬|飛散角

在現代戰爭中傳統的單EFP往往在有些情況不能很好地滿足要求，面對大規模坦克裝甲車輛的進攻，如何有效阻礙并摧毀它們已成為地面戰場勝負的關鍵。專為反直升機與裝甲車而研究的MEFP技術日趨成熟[1]。MEFP是在單個EFP基礎上發展起來的一種新型聚能裝藥技術，具有良好的作戰效能、殺傷半徑大、摧毀目標能力強等優點，成為應對輕型裝甲目標的有效手段之一，因此成為國內外戰斗部技術研究熱點之一[2]。

MEFP戰斗部按照其裝藥結構主要分為整體式、組合式與切割式三種。其中，組合式MEFP起爆時需引爆每個子裝藥，起爆同步性要求較高，同時由于受各子裝藥爆轟波之間的相互干擾很難控制毀傷元的發散角和散布面積；切割式MEFP生成的彈丸質量與動能較低，成型彈丸的形狀不是很理想，侵徹能力與飛行穩定性不夠好[3]；而整體式MEFP是由多個藥型罩布置在裝藥端面，可成型較理想的彈丸。付璐、張健、趙長嘯等[4-6]對組合式、刻槽式MEFP進行了大量研究，然而關于整體式MEFP戰斗部結構參數（如裝藥長徑比，藥型罩參數，起爆方式等）對MEFP成型彈丸的影響研究較少。本文設計了一種主、副罩結合的整體式MEFP裝藥結構，采用AUTODYN仿真軟件研究了嵌板傾斜角度、裝藥長徑比、主藥型罩壁厚比、主藥型罩曲率半徑等參數對MEFP成型性能的影響，為MEFP戰斗部工程化應用提供理論支撐。

一、仿真模型

（一）幾何模型

整體式MEFP實體模型，藥型罩由一個置于戰斗部中央主藥型罩和12個周向均勻分布的副藥型罩組成，由戰斗部中嵌板固定，主藥型罩為變壁厚球缺型藥型罩，副藥型罩為等壁厚球缺型罩。戰斗部三維構型和二維簡化模型如圖1所示。L為戰斗部裝藥長度，D為裝藥直徑，D0為起爆時戰斗部起爆直徑，R為主藥型罩內弧曲率半徑，主藥型罩弧尾T1與弧頂厚度T2比值T。為減小飛散角，嵌板與戰斗部軸線間需要有一定的角度θ。

（二）材料模型

數值模型采用ICEM軟件作為前處理進行1/4計算模型的網格劃分，將生成的模型導入AUTODYN-3D軟件進行求解計算。由于爆炸成型彈丸的形成涉及高應變率、高過載過程，需要采用ALE算法來計算涉及網格大變形、材料流動問題的EFP形成過程。仿真采用流固耦合方法，主副藥型罩、嵌板及殼體采用ALE算法，裝藥采用Euler算法。

仿真模型中藥型罩、裝藥及殼體材料分別取為紫銅、8701炸藥和45號鋼。紫銅及45號鋼材料采用JohnsonCook本構模型及Gruneisen狀態方程。

（三）成型過程

戰斗部采用中心起爆，即D0/D=0；嵌板傾斜角θ為6°；藥型罩壁厚比T=0.9；裝藥長徑比L/D=0.9；主藥型罩半徑與裝藥直徑比值R/D=0.8條件下戰斗部成型情況如圖2所示。

結果表明：30μs以后爆轟產物對藥型罩的影響非常小，所以在30μs在計算模型中刪除爆轟產物以及殼體單元。在300μs時，主、副藥型罩基本成型，戰斗部形成一個中心主EFP加軸向12個副EFP組成的EFP毀傷元陣列。

二、結構參數對成型效果的影響

在整體式MEFP中對EFP性能指標有主要影響的有主EFP的速度V1、長徑比K；副EFP軸向速度V2、徑向速度 V3、飛散角α。而副EFP飛散角可以由副EFP的徑向速度以及軸向速度求得。

以上述參數研究嵌板傾斜角θ；藥型罩壁厚比T；裝藥長徑比L/D；主藥型罩半徑與裝藥直徑比值R/D對EFP成型的影響。并將各因素轉化為無量綱量。其中：對于嵌板傾斜角θ取值范圍為5°～9°；藥型罩壁厚比T取值范圍為0.8～1.2；裝藥長徑比L/D取值范圍為0.7～1.1；主藥型罩半徑與裝藥直徑比值R/D取值范圍為0.6～1.0。

（一）嵌板傾角θ對MEFP成型的影響

由于爆轟波在副藥型罩作用的不對稱性引起副EFP產生一定的飛散角，因此需要副藥型罩有一定的傾角以減小副EFP的飛散。而副藥型罩固定在嵌板上，因此考慮嵌板傾角θ對EFP成型的影響。在T=0.9、L/D=0.8、R/ D=0.8、D0/D=0時，通過仿真計算嵌板傾角θ（間隔1°）各取值下MEFP成型指標，得到主EFP速度V1和長徑比K、副EFP軸向速度V2、飛散角α變化曲線圖3。

隨θ從5°增加到9°，嵌板傾角對主EFP的速度V1影響不明顯，僅變化0.8%，主EFP的長徑比K有所增加，30%；副EFP軸向速度V2減小2.6%，飛散角α減小，由2.41減小到-0.3。這是由于θ增加，副藥型罩微元拋射角增加，軸向速度降低。在9°時飛散角α為負，會造成副EFP向戰斗部軸線匯聚，對提高MEFP戰斗部毀傷效能不利。因此，嵌板傾角取值在8°。

（二）裝藥長徑比L/D對MEFP成型的影響

EFP的裝藥長徑比是影響EFP成型的一項重要參數，不同的裝藥長徑比爆轟波傳播不同，裝藥的能量利用率不同，得到的EFP的成型速度不同。在θ=6°、T=0.9、R/D=0.7、D0/D=0時，通過仿真計算裝藥長徑比L/D（間隔0.1）各取值下MEFP成型指標，得到主EFP速度V1和長徑比K、副EFP軸向速度V2、飛散角α變化曲線圖4。隨著裝藥長徑比L/D由0.7增加到1.1，主EFP的速度V1明顯增加，增加幅度為13.7%，長徑比K由1.3增加到2.35；副EFP的軸向速度、飛散角增加。

（三）主藥型罩的壁厚比T對MEFP成型的影響

主EFP的壁厚比是EFP成型形狀的主要參數，在一定范圍內壁厚比越大，頭尾速度差越小，EFP尾部壓合位置越靠后有利于形成較好尾裙結構。考慮壁厚比對EFP成型的影響，在θ=6°、L/D=0.8、R/D=0.8、D0/D=0時，通過仿真計算主藥型罩的壁厚比T（間隔0.1）各取值下MEFP成型指標，得到主EFP速度V1和長徑比K、副EFP軸向速度V2、飛散角α變化曲線圖5。

隨著壁厚比的增加，主EFP的速度減小，這是由于壁厚比增加，主藥型罩質量增加，在相同裝藥下EFP的速度減小；而隨著壁厚比的增加，成型的主EFP的長度增加，直徑減小，EFP長徑比增加，這種情況主要是由于壁厚比的增加同時也增加了主EFP的徑向速度，在壓合的作用下形成長徑比較長的EFP；對副EFP的軸向速度與飛散角影響不大。但壁厚比的增加，主EFP尾裙的壓合位置越靠前，EFP的尾部質量越大，形成EFP飛行穩定性較低。而壁厚比對副EFP的影響不大。因此，選取壁厚比為0.8時可以得到較好的EFP。

（四）主藥型罩曲率半徑R/D對成型MEFP的影響

藥型罩的曲率半徑關系到炸藥匯聚能量的比率，當曲率半徑過小，匯聚能量過大，形成的彈丸的長徑比較大，容易被拉斷；曲率半徑過大，則匯聚能量較小，形成的彈丸長徑比較小，得不到侵徹能力較高的EFP。因此，為得到合適的主藥型罩的曲率半徑，考慮主藥型罩曲率半徑對MEFP的影響。在θ=6°、T=0.9、L/D=0.8、D0/D=0時，通過仿真計算主藥型罩的壁厚比R/D（間隔0.1）各取值下MEFP成型指標，得到主EFP速度V1和長徑比K、副EFP軸向速度V2、飛散角α變化曲線圖6。

主EFP的速度隨著曲率半徑的增大而增大，長徑比隨著曲率半徑增加而減小，這是由于曲率半徑增加，炸藥的匯聚能力減小；副EFP的軸向速度隨著曲率半徑增加而增加，同時副EFP的飛散角增加。

三、結論

通過對整體式MEFP值仿真，得到以下結論：

（1）嵌板傾斜角θ取值由5°增加到9°時，主EFP的長徑比增加30%；副EFP軸向速度減小2.6%，飛散角減小。為得到合適的副EFP飛散角，嵌板傾角在8°時較好。

（2）隨著裝藥長徑比的增加，主EFP的速度明顯增加，副EFP的軸向速度、飛散角增加。

（3）主EFP壁厚比主要影響主EFP的速度及成型質量，對副EFP影響較小。隨著主藥型罩壁厚比的增加，主EFP速度減小，長度增加，直徑減小，長徑比增加。為得到較好的尾裙結構，選取壁厚比為0.8時，EFP成型較為理想。

（4）主EFP的速度隨著曲率半徑的增大而增大，形成的主EFP長度及長徑比隨著曲率半徑的增加而減小，副EFP軸向速度與徑向速度隨著曲率半徑增加而增加，同時副EFP飛散角增加。中國軍轉民

參考文獻

[1]王志軍，尹建平.彈藥學[M].北京：北京理工大學出版社，2005.

[2]李裕春，程克明.多爆炸成形彈丸技術研究[J].兵器材料科學與工程，2008（03）.

[3]趙長嘯，龍源.整體式多爆炸成形彈丸戰斗部數值模擬及試驗研究[J].兵工學報，2013（34）.

[4]付璐，尹建平.組合式戰斗部的正交優化設計[J].彈箭與制導學報，2012（37）.

[5]張健，趙爽.刻槽數量對刻槽式成型的影響研究[J].沈陽理工大學學報，2016（35）.

[6]樊雪飛，李偉兵.裝藥爆轟控制結構參數對雙模毀傷元的影響[J].含能材料，2016（24）.

（作者單位：安徽神劍科技有限公司）