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应用在末敏弹上的爆炸成型弹丸(Explosively formed penetrator,EFP),用来攻击坦克顶装甲以及用于反坦克智能地雷和反直升机智能雷战斗部上以实现区域防御,战斗部的作战距离较远,对EFP的稳定性和侵彻性能提出了较高的要求。根据弹丸的空气动力学原理,在EFP上增加尾翼可以提供稳定力矩,达到提高飞行稳定性的目的。本文以提高EFP稳定性和研究简单、方便、便于推广的形成带尾翼EFP的方法为目的,提出了用隔板形成带直尾翼和旋转尾翼EFP的新方法,并应用数值模拟和实验的方法对成型机理及影响因素进行了研究。研究过程中,通过对EFP成型过程的理论和经验分析,提出了一般EFP和带有尾翼的EFP速度的工程算法,应用实验和数值模拟的手段对算法进行了检验。对带有尾翼的EFP形成过程中不同时刻弹丸在空气中运动速度的衰减过程进行了数值模拟。基于应力波理论和Wa,lker-Wasley理论分析了EFP速度撞击平板装药的影响,并分析了EFP对平板装药作用过程。
本文的主要研究内容及成果包括:
1.应用灰色关联方法,对EFP形成过程的数值模拟结果进行了分析,求出各影响因素对EFP成型性的关联系数,对各影响因素进行了量化,得到了如下结论:药型罩壁厚对EFP的长径比影响最大,而药型罩直径、壁厚、曲率半径对EFP速度影响程度相差不多。
2.提出了在药型罩表面贴隔板形成带尾翼爆炸成型弹丸的新方法,深入研究了其形成机理及影响因素。在研究过程中,首先对炸药起爆后滑移爆轰作用下的带有隔板的金属板中冲击波的传播以及在隔板中的反射过程进行了研究,证明在装药一定的情况下隔板的厚度和材质是影响金属板变形速度的主要因素:其次,将滑移爆轰作用下所得到的金属板变形情况的结论推广到贴有隔板的药型罩装药方面,证明隔板的厚度和材质是影响EFP尾翼成型性的主要因素;再次,通过回收实验、超压实验等实验手段,证明用隔板形成带有尾翼的EFP的可行性,同时证明隔板厚度是影响尾翼成型性的因素,实验结果还说明将隔板有规律但不对称放置在药型罩上可以形成带有旋转尾翼的EFP。为了更全面的了解带尾翼EFP形成过程及机理,根据实验设置建立几何模型,对直尾翼和旋转尾翼形成过程进行了数值模拟研究,模拟结果与实验结果较为吻合,证明用隔板形成带有尾翼EFP的可行性,并证明隔板厚度和放置位置对EFP尾翼成型性的影响。
3.在瞬时爆轰理论的基础上,忽略药型罩在变形过程中各微元之间的相互作用,根据动量守恒原理得到EFP速度计算的工程算法。在一般EFP速度计算方法的基础上,根据隔板材料的性质及冲击波在隔板中衰减规律总结出带有隔板的药型罩形成带尾翼的EFP的速度计算的工程算法。
4.装药起爆后,不同时间段药型罩变形不同,形成的EFP直径和长度不同因此在空气中运动的速度衰减快慢也不同,因此分别选取一定时间段的EFP并写出特定状态下的EFP节点和单元的k文件,然后根据EFP节点坐标建立空气段的模型,并根据EFP节点和单元编号通过编程改变空气模型的节点和单元编号,最后将两个模型组合。采用弹丸模型Lagrange网格,空气模型采用Eular网格对不同时段带尾翼EFP运动速度衰减过程进行了模拟,得到了不同时段EFP速度时程曲线并拟和出各个时段的速度时间函数。
5.本文在前人有关射流和破片引爆平板装药研究的基础上,通过分析计算EFP撞击平板装药时冲击波在装药前后板及炸药之间的反射和透射过程和强度,得出当EFP的速度达到一定值时起爆平板装药成为可能,并对平板装药与EFP的作用过程进行了分析。