梁志峰喬磊劉蘭姜弛李川

偏心起爆方式對球形預(yù)制破片戰(zhàn)斗部飛散特性的影響

梁志峰1喬磊1劉蘭2姜弛1李川3

1、山西中北大學(xué)機電工程學(xué)院2、山西中北大學(xué)理學(xué)院3、山西太原工具廠

利用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA，對比球形預(yù)制破片在偏心起爆方式與中心起爆方式爆炸驅(qū)動下的飛散動態(tài)進行了數(shù)值模擬，獲得了破片初速、飛散角分布進行定向性能的分析，計算結(jié)果與理論結(jié)果具有良好的一致性，表明該有限元計算模型是合理的。

起爆方式；有限元；球形預(yù)制破片；飛散特性

引言

預(yù)制破片戰(zhàn)斗部采用中心起爆方式，每一層破片受到的爆轟波驅(qū)動方向與大小都較為均勻，其方向接近戰(zhàn)斗部徑向方向。因而破片飛散角較小，利用率極低。為了增大破片的飛散角，提高預(yù)制破片殺傷半徑，采用偏軸心起爆戰(zhàn)斗部。偏軸心起爆即起爆點不在彈軸心，而是與彈軸心有一定徑向距離。起爆時，選擇不同位置的偏軸心起爆點可改變爆轟波形狀，從而改變破片初速及飛散角，增大飛散區(qū)域［1］。

1爆炸驅(qū)動理論計算

1.1破片初速v0

當(dāng)長徑比小于2.5時，可以不考慮爆炸軸向稀疏波的影響，則其徑向破片的飛散初速可由Gurney公式［2］近似得到：

式中：V0—破片初速（m/s）；—炸藥爆速（m/s）；—炸藥質(zhì)量C與金屬殼體（除去端蓋與緊固件等）質(zhì)量M之比。

1.2破片的飛散角與方向角

論文主要研究彈丸在靜態(tài)爆炸驅(qū)動下的破片飛散情況，因此只考察破片的靜態(tài)方向角和靜態(tài)飛散角。

2數(shù)值模擬

2.1建立模型

本文所計算的戰(zhàn)斗部為圓柱形，采用球形預(yù)制破片，內(nèi)有鋼制內(nèi)襯，彈體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1　彈體結(jié)構(gòu)軸向剖面草圖

圖2　彈體結(jié)構(gòu)徑向剖面草圖

2.2有限元模型的建立及參數(shù)的確定

本模型采用Lagrange算法，戰(zhàn)斗部殼體、空氣域、炸藥、蒙皮和內(nèi)襯都采用映射網(wǎng)格劃分，鎢珠體積較小，采用自由網(wǎng)格劃分。炸藥材料采用高能炸藥材料模型和Jones-Wi.lkens-Lee （JWL）狀態(tài)方程，內(nèi)襯和端蓋選用鋼材料，采用Johnson-Cook彈塑性模型，蒙皮采用鋁合金，用塑性隨動模型MAT-PLASTIC-KINEMATIC，材料為鎢球，采用剛性材料模型。

3數(shù)值結(jié)果與分析

3.1中心起爆戰(zhàn)斗部和偏心起爆戰(zhàn)斗部破片飛散分布對比

圖3所示為彈丸中心起爆和偏心兩點起爆后t=39.99μs時刻的中心起爆和偏心起爆鋼球破片空間飛散的主視圖。

圖3　t=39.98μs時中心起爆和偏心起爆鋼球破片主視圖

從圖3可以看出，中心起爆時，破片沿徑向均勻飛散。偏心起爆時，鎢球條初速隨著徑向角的增加而增加，可見采用偏心起爆能夠提高破片初速。

3.2中心起爆戰(zhàn)斗部和偏心起爆戰(zhàn)斗部破片飛散角的速度對比

圖4　φ為45°中心起爆和偏心起爆破片節(jié)點的速度歷程曲線對比

圖5　φ為180°中心起爆和偏心起爆破片節(jié)點的速度歷程曲線對比

表1　中心與偏心起爆破片的速度分布對比

從表1中可以看出，在φ=45°時，中心起爆與偏心起爆下破片的速度均最小。而中心起爆時，破片初速變化不大。而偏心起爆能夠顯著提高預(yù)制破片在定向方向的速度。當(dāng)φ=45°時，破片速度最??；φ=180°時破片速度最大。在偏心起爆時，爆轟波作用在破片上的沖量更大，特別是由于爆轟波疊加產(chǎn)生馬赫波，使爆轟波加強，使得破片初速明顯增大。

4結(jié)論

（1）中心起爆時，不同φ角的速度相差不大。

（2）偏心起爆時，φ角在0°至45°時，破片速度隨著角度的增大而減小，在45°至180°時，破片速度隨著角度的增大而增大。

（3）兩種起爆均在φ=45°時，破片初速最??；φ=180°時破片初速最大。

（4）偏心起爆可顯著提高戰(zhàn)斗部定向方向上的速度。

［1］鄧吉平，胡毅亭，賈憲振等.爆炸驅(qū)動球形破片飛散的數(shù)值模擬［J］.彈道學(xué)報，2008：4（20）.

［2］朱亮，低附帶毀傷彈藥設(shè)計及毀傷原理分析［D］.南京理工大學(xué)，2011.

［3］王鳳英，劉天生，毀傷理論與技術(shù)［M］.北京理工大學(xué)出版社，2009.

梁志峰，1988年2月出生，山西嵐縣人，碩士，研究方向：高效毀傷戰(zhàn)斗部設(shè)計及數(shù)值仿真。