高速杆式弹丸的成形机理和设计技术

论文题目: 高速杆式弹丸的成形机理和设计技术

论文类型: 博士论文

论文专业: 工程力学

作者: 谭多望

导师: 孙承纬

关键词: 成型装药,高速杆式弹丸,射流,爆轰驱动,遗传算法,装药

文献来源: 中国工程物理研究院

发表年度: 2005

论文摘要: 本文研究的高速杆式弹丸是一种头部速度高、具有一定速度分布、长径比较大的弹丸,由杂合装药产生。这类杂合装药的药形罩形状介于射流药形罩和爆炸成型弹丸药型罩之间,兼有射流速度高、侵彻能力强和爆炸成型弹丸药型罩质量利用率高、大炸高性能好的特点,可用于对抗坦克或其它装甲武器系统,摧毁反应装甲和陶瓷装甲,也可作为串联战斗部的前级装药,为后级主装药开辟侵彻通道。这种特殊性能的弹药是上世纪九十年代才发展起来并正在转入应用的一种新型装药。目前西方国家对高速杆式弹丸仍然保密,公开发表的资料很少。在公开发表的资料中,大都是实验结果的报道,很少涉及设计思想、原理、方法以及实验装置方面的内容。本文通过理论分析和数值模拟计算,分析了高速杆式弹丸的成形机理,以及各种设计因素对弹丸性能的影响。在此基础上,设计了两种结构新颖的、低长径比的高速杆式弹丸装药:截顶大锥角药型罩装药和截顶郁金香药型罩装药。截顶大锥角药型罩装药通过截顶、变壁厚和环起爆方式,提高弹丸头部速度,降低弹丸速度梯度,提高药型罩质量利用率,使药型罩在装药爆轰驱动下形成高速杆式弹丸。截顶郁金香药型罩装药通过截顶、变曲率和环起爆,使药型罩在装药爆轰驱动下形成高速杆式弹丸。用闪光X射线摄影法观察了上述两种高速杆式弹丸的形成过程,测量了弹丸速度、直径等参数,用钢靶测量了其侵彻能力。实验结果验证了高速杆式弹丸的成形机理,设计的两种装药均产生了头部速度高、具有一定速度分布、长径比较大、侵彻能力强的高速杆式弹丸。当装药长径比低至0.5时,产生的弹丸头部速度vlip=4.98 km/s,尾部速度vrear=2.62 km/s,质量约占药型罩质量的55%,在11倍装药口径炸高条件下,对45钢的侵彻深度为2倍装药口径。利用实验结果,结合理论分析,比较了截顶大锥角药型罩装药和截顶郁金香罩药型罩装药在弹丸成形机理、弹丸性能方面的区别。结果表明,与截顶郁余香罩装药相比,截顶大锥角罩装药的长径比小,形成的高速杆式弹丸虽然质量利用率有所降低,但速度较高,速度梯度更小,侵彻能力更强,是设计高速杆式弹丸的比较合理装药结构。在滑移、平面爆轰驱动飞片理论和射流形成理论的基础上,编制了射流解析计算程序ASCC（Analytical Shaped Charge Code）。通过与实验、数值模拟及其它的射流解析计算程序结果的比较,说明ASCC程序可以有效地计算小锥角罩的射流参数和大锥角罩的高速杆式弹丸参数。在ASCC程序中引入遗传算法,实现了高速杆式弹丸的非线性优化设计,为进一步研究高速杆式弹丸奠定了初步的基础。

论文目录:

第一章成型装药的基本概念

1.1 成型装药形成射流或射弹的机制

1.2 成型装药的分类

1.2.1 射流装药

1.2.2 射弹装药

1.2.3 杂合装药

1.3 成型装药的发展史

1.4 成型装药的最新研究动态

1.5 成型装药的应用

第二章国内外研究概况

2.1 杂合装药

2.2 JPC装药

2.2.1 弹丸的形成过程

2.2.2 弹丸的侵彻性能

2.2.3 JPC装药的优点和潜在应用

2.3 SSJ装药

2.4 K装药

2.5 大锥角装药

2.6 长杆式EFP装药

第三章理论分析及优化方法

3.1 PER理论

3.2 射流分析的一般理论

3.2.1 药型罩的压垮

3.2.2 射流的形成

3.3 射流分析程序ASCC

3.3.1 中心点起爆条件下小锥角罩的爆轰驱动

3.3.2 环起爆条件下大锥角罩的爆轰驱动

3.3.3 计算流程

第四章数值模拟计算方法

4.1 ALE方法的运动学描述

4.2 ALE方法描述的控制方程组

4.2.1 质量守恒方程

4.2.2 动量守恒方程

4.2.3 能量守恒方程

4.3 边界条件

4.4 计算模型

4.4.1 炸药

4.4.2 药型罩

4.4.3 壳体

4.4.4 空气

第五章实验研究

5.1 高速杆式弹丸装药设计原则

5.1.1 降低杵体质量

5.1.2 降低射流速度梯度

5.1.3 提高射流速度

5.2 实验装置

5.3 实验方法

5.4 实验结果

5.4.1 截顶大锥角罩装药

5.4.2 截项郁金香罩装药

5.5 实验结果分析

5.5.1 截顶大锥角罩装药形成高速杆式弹丸的机理

5.5.2 截顶郁金香罩装药形成高速杆式弹丸的机理

5.5.3 两种高速杆式弹丸的比较

5.6 小结

第六章非线性优化设计

6.1 ASCC计算结果与实验的比较

6.1.1 105标准聚能装药

6.1.2 大锥角罩装药

6.2 优化方法

6.2.1 遗传算法的基本思想

6.2.2 基本遗传算法描述

6.2.3 操作算子

6.2.4 实现方法

6.3 优化结果

6.4 小结

第七章数值模拟研究

7.1 大锥角罩装药计算模型

7.2 主要设计因素对大锥角罩装药性能的影响

7.2.1 药型罩截顶

7.2.2 药型罩截顶高度

7.2.3 药型罩截顶平台厚度

7.2.4 药装高度

7.3 大锥角装药模型的优化设计

7.4 JPC装药计算模型和结果

7.5 小结

第八章全文总结

致谢

参考文献

附录攻读博士学位期间发表的文章及获奖情况

发布时间: 2005-10-21

参考文献

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