双层药型罩毁伤元形成机理研究

论文摘要

双层药型罩成型装药,在一个主装药基础上可以产生不同材料构成的射流,或者前后分离的串联EFP(Explosively Formed Projectile),能够提高聚能装药战斗部的侵彻能力。它由一个主装药和两个药型罩组成,两层罩之间可以紧密贴合在一起,也可以有间隙,可以是不同材料,也可以是相同材料,但两层药型罩之间必须有自由表面,允许两罩发生相互滑移或者撞击。如果在一个主装药上放置了两个以上的药型罩,则称为多层药型罩。小锥角双层罩可以形成无杵体射流、高速射流和带有随进燃烧剂的射流;大锥角双层罩可以产生增大长径比的EFP或者多个EFP,在反坦克、反舰、反潜、反导和反直升机等领域有着广泛应用。它的研究对与提高现有聚能装药战斗部的破甲威力,实现高效毁伤具有重要的理论价值与指导意义。本文采用理论分析、数值仿真与实验研究相结合的方法,对双层药型罩的毁伤元形成机理,尤其对双层药型罩侵彻体性能的因素进行了系统的研究,为双层药型罩的设计和改进提供了理论依据和技术支持。本文的主要研究内容包括:(1)研究了射流型双层罩的毁伤元形成机理。通过理论分析,描述了双层小锥角药型罩与爆轰波的作用过程,压垮过程和射流形成过程。推导了双层药型罩的当量密度公式。使用PER理论建立了小锥角双层罩压垮过程的分析模型。利用Bernoulli方程、质量守恒和动量守恒原理,建立了小锥角双层罩多物质射流形成的分析模型,确定了射流和杵体的物质组成和质量。(2)研究了串联EFP型双层药型罩的毁伤元形成机理。描述了双层药型罩串联EFP的形成过程,研究了各种因素对串联EFP形成的影响,得到了压垮区域和压缩区域产生的厚度方向速度差是导致串联EFP形成的主要因素这一结论,并进一步推导出串联EFP的最终速度的理论公式。(3)进行了双层罩结构、起爆方式和材料组合对串联EFP形成影响的数值仿真研究。为了更深入研究双层药型罩串联EFP形成过程中的影响因素,使用AUTODYN中的Lagrange算法,对双层药型罩的结构、起爆方式和材料组合对串联EFP形成的影响进行了数值计算,并对仿真结果进行总结,得出了这些参数的变化对双层罩形成串联EFP的影响规律。(4)开展了双层药型罩串联毁伤元形成的试验研究。设计了一种双层锥弧结合罩并进行了试验研究。试验结果表明,设计合理的双层药型罩可以获得串联EFP或者前后分离的EFP战斗部,且双层药型罩的侵彻性能要优于单层药型罩。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 双层药型罩国内外研究现状
• 1.2.1 成型装药发展史及国内外发展现状
• 1.2.2 双层药型罩成型装药战斗部国内外研究现状
• 1.2.3 存在的问题与分析
• 1.3 本文研究目的、手段和主要内容
• 2 双层药型罩射流形成机理
• 2.1 引言
• 2.2 双层药型罩射流形成的分析模型
• 2.2.1 双层药型罩射流形成的物理过程
• 2.2.2 极限压垮速度求取
• 2.2.3 双层药型罩压垮过程的模型建立
• 2.2.4 双层药型罩在轴线上的汇聚
• 2.2.5 双层药型罩在轴线汇聚后的参量
• 2.2.6 双层药型罩射流形成的算例及分析
• 2.3 双层药型罩射流形成及侵彻靶板的数值模拟
• 2.3.1 数值模型建立
• 2.3.2 双层药型罩的射流形成
• 2.3.3 双层药型罩侵彻半无限靶板的数值仿真研究
• 2.4 本章小结
• 3 双层药型罩串联 EFP形成机理与分析模型
• 3.1 引言
• 3.2 双层药型罩串联 EFP的成型过程
• 3.2.1 单 EFP的成型模式
• 3.2.2 双层药型罩串联 EFP的成型过程
• 3.3 双层药型罩串联 EFP形成的影响因素
• 3.3.1 厚度方向速度差的影响
• 3.3.2 材料冲击阻抗的影响
• 3.3.3 初始速度在压垮过程中变化的影响
• 3.4 串联 EFP速度的分析模型
• 3.4.1 基本假设
• 3.4.2 初始速度，压垮角和偏转角
• 3.4.3 压垮区域的确定
• 3.4.4 内外罩动量
• 3.4.5 内外罩最终速度
• 3.5 算例及分析
• 3.5.1 锥角和总壁厚对过程量的影响
• 3.5.2 双层罩形成串联 EFP的最终速度
• 3.6 本章小结
• 4 双层球缺罩串联 EFP形成的影响因素分析
• 4.1 引言
• 4.2 数值模拟技术及材料模型简介
• 4.2.1 高速撞击下的固体状态方程
• 4.2.2 固体的屈服和断裂模型
• 4.2.3 爆轰产物的状态方程
• 4.3 双层球缺罩结构的影响
• 4.3.1 药型罩曲率半径的影响
• 4.3.2 药型罩壁厚的影响
• 4.3.3 药型罩厚度比的影响
• 4.4 双层球缺罩起爆方式的影响
• 4.4.1 起爆网络的同步误差分析与试验
• 4.4.2 环起爆形成串联侵彻体的数值模拟
• 4.5 双层球缺罩材料的影响
• 4.5.1 数值仿真参数
• 4.5.2 结构相同时材料的影响
• 4.5.3 质量相同时材料的影响
• 4.6 本章小结
• 5 双层药型罩形成串联 EFP试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验准备
• 5.2.1 实验目的
• 5.2.2 试验系统及试验方案
• 5.3 试验结果及分析
• 5.3.1 侵彻体形成的X光照片
• 5.3.2 双层药型罩对靶板的侵彻试验
• 5.4 本章小结
• 6 结束语
• 6.1 主要工作与结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 本文的不足及对以后研究的展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读博期间撰写的相关论文