横向效应增强型侵彻体垂直撞击金属薄靶机理研究

论文摘要

横向效应增强型侵彻体是一种新型毁伤元。它无需装填炸药及引信就可以达到穿甲和靶后杀伤的综合效果。弹体由两种不同密度的材料组合而成,弹丸壳体是高密度材料,如钢或钨,弹芯则由低密度材料组成,如铝或塑料,弹丸完全惰性。当其撞击靶板时,壳体由于动能较大且硬度较高故侵彻能力优于弹芯,弹芯被挤压在靶板和壳体之间产生高压作用,此压力作用于壳体内壁；壳体在弹芯和靶板共同作用下,发生横向膨胀；当弹丸穿透靶板时,靶板作用力瞬间释放,壳体在内压作用下分解成大量破片,从而实现靶后面杀伤功能。采用理论分析、数值仿真与实验研究相结合的方法,分析了PELE横向效应的作用机理,给出了PELE横向效应的主要影响因素,并得到了各因素的最优区间,为PELE的设计和改进提供了理论依据和技术支持。主要研究内容包括：(1)建立了PELE垂直撞击金属薄靶后破片径向速度的理论模型,推导出了壳体径向速度和其他主要影响因素之间的关系；建立了PELE垂直撞击金属薄靶的有限元模型并进行了数值仿真计算；同时对PELE垂直撞击靶板进行相应的试验研究；(2)研究了影响PELE横向效应的主要弹靶因素。研究结果表明,随着内外径比的增加,PELE能较好地发挥作用,且每一个内外径比对应一个最优的长径比；弹芯材料的泊松比和硬度对PELE横向效应产生重要影响；随着着靶速度的提高,PELE穿靶后破片径向速度增大；PELE贯穿靶板后所形成破片的径向速度随着靶板密度或弹性模量的增加而提高；一定靶板厚度范围内,随着靶板厚度的增加,弹丸的径向速度相应增加；对于无风帽的PELE,虽然其气动外形欠佳,但是其形成破片的数量多及径向速度高。(3)提出了一种收集靶后破片的试验方法,得到了靶后破片的质量分布,发现壳体的二次破碎现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 横向效应增强型侵彻体简介
• 1.3 国内外PELE研究现状
• 1.3.1 国外PELE研究现状
• 1.3.2 国内PELE的研究现状
• 1.4 本文研究目的、方法和主要内容
• 2 PELE形成机理分析
• 2.1 PELE撞击靶板现象描述
• 2.2 PELE撞击靶板理论模型
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 公式推导及理论分析
• 2.3 PELE撞击金属薄靶试验研究
• 2.3.1 国外PELE试验研究
• 2.3.2 本论文PELE试验研究
• 2.4 本章小结
• 3 PELE撞击金属薄靶数值仿真
• 3.1 国外PELE数值模拟研究
• 3.2 本文PELE撞击金属薄靶数值仿真
• 3.2.1 仿真计算模型
• 3.2.2 仿真计算结果
• 3.3 本章小结
• 4 影响PELE横向效应因素的研究
• 4.1 内外径比对横向效应的影响
• 4.1.1 数值仿真
• 4.1.2 试验研究
• 4.1.3 分析小结
• 4.2 弹芯材料对横向效应的影响
• 4.2.1 数值仿真
• 4.2.2 试验研究
• 4.3 着靶速度对横向效应的影响
• 4.3.1 数值仿真
• 4.3.2 试验研究
• 4.4 靶板因素对横向效应的影响
• 4.4.1 靶板材料对横向效应的影响
• 4.4.2 靶板厚度对横向效应的影响数值模拟
• 4.5 头部结构对横向效应的影响
• 4.5.1 试验研究
• 4.5.2 数值仿真
• 4.6 本章小结
• 5 靶后破片分布研究
• 5.1 破碎理论简介
• 5.2 靶后破片试验研究
• 5.2.1 试验设置
• 5.2.2 试验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 6 结束语
• 6.1 总结与结论
• 6.2 本文的创新点
• 6.3 有待进一步解决的问题
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间撰写及发表的论文