龍?jiān)矗?劉健峰， 紀(jì)沖， 鐘明壽， 劉影， 周輝

(解放軍理工大學(xué) 野戰(zhàn)工程學(xué)院， 江蘇 南京 210007)

多點(diǎn)起爆對(duì)雙層藥型罩爆炸成型彈丸成型及侵徹特性的數(shù)值模擬研究

龍?jiān)矗?劉健峰， 紀(jì)沖， 鐘明壽， 劉影， 周輝

(解放軍理工大學(xué) 野戰(zhàn)工程學(xué)院， 江蘇 南京 210007)

起爆方式對(duì)雙層藥型罩爆炸成型彈丸(EFP)成型特征參數(shù)及終點(diǎn)毀傷效應(yīng)具有重要影響?；陔p層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部靜爆試驗(yàn)結(jié)果，利用ANSYS/LS-DYNA非線性有限元?jiǎng)恿W(xué)軟件研究了起爆點(diǎn)數(shù)目對(duì)雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部成型及侵徹特性的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：當(dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目在4～8時(shí)，雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部可起爆成型具有良好空氣動(dòng)力學(xué)特性及優(yōu)良終點(diǎn)毀傷效應(yīng)的帶尾翼大長(zhǎng)徑比聚能侵徹體；當(dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目為6時(shí)，雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部成型侵徹體終點(diǎn)毀傷效應(yīng)的最大侵徹深度達(dá)到1.07倍的裝藥口徑，較端面單點(diǎn)中心起爆方式獲得侵徹體侵徹鋼靶的最大深度提高了32%.

兵器科學(xué)與技術(shù)； 雙層藥型罩； 多點(diǎn)起爆； 成型； 侵徹

0 引言

隨著重裝甲、復(fù)合裝甲以及爆炸反應(yīng)裝甲的出現(xiàn)，傳統(tǒng)聚能裝藥面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。同軸爆炸成型彈丸(EFP)是近幾年提出的新概念戰(zhàn)斗部[1-4]。這種聚能戰(zhàn)斗部在一個(gè)主裝藥的基礎(chǔ)上，沿同一軸線設(shè)置兩層藥型罩，一次起爆即可生成一個(gè)大長(zhǎng)徑比的侵徹體或兩個(gè)隨進(jìn)的侵徹體。Tosello等[5]研究了能夠有效攻擊艦船和潛艇的鉭、鎳組合雙層球缺罩戰(zhàn)斗部； Weiman等[6]通過(guò)調(diào)整藥型罩的幾何外形和接觸面條件，獲得了前段材料為鉭、尾端材料為鐵的長(zhǎng)徑比約為5.5的侵徹體。然而，目前雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部的研究多是基于戰(zhàn)斗部端面單點(diǎn)中心起爆條件下侵徹體成型特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的大量分散試驗(yàn)、預(yù)研結(jié)果的分析，針對(duì)戰(zhàn)斗部成型及終點(diǎn)毀傷效應(yīng)的一體化考察，缺乏系統(tǒng)而有效的評(píng)估方法。

雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部成型侵徹體特征參數(shù)受戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)、藥型罩及裝藥材料和起爆方式等多種關(guān)鍵因素影響。對(duì)于某類確定型號(hào)的戰(zhàn)斗部，起爆方式成為改變其終點(diǎn)毀傷效應(yīng)輸出的重要影響變量，就起爆方式而言,主要包括單點(diǎn)起爆、多點(diǎn)起爆和環(huán)形起爆3種主要形式。針對(duì)多點(diǎn)起爆影響戰(zhàn)斗部毀傷效應(yīng)的輸出，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了一系列的研究工作。劉建青等[7]針對(duì)端面3點(diǎn)起爆模式開(kāi)展了帶尾翼EFP成型機(jī)理的研究，通過(guò)數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證的手段獲得了星形尾翼明顯、氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)優(yōu)良的EFP。李偉兵等[8]通過(guò)改變延遲時(shí)間和延遲點(diǎn)數(shù)研究了6點(diǎn)起爆網(wǎng)絡(luò)中起爆同步精度對(duì)成型侵徹體特征參數(shù)影響規(guī)律，研究結(jié)果認(rèn)為橫向速度梯度是引起成型侵徹體彎曲變形的主要原因。韓克華等[9]采用有限元程序AUTODYN分別進(jìn)行了沖擊片雷管3點(diǎn)、4點(diǎn)、6點(diǎn)、8點(diǎn)同步起爆爆轟波壓力值的數(shù)值模擬并采用錳銅測(cè)壓方法測(cè)試了多點(diǎn)沖擊片雷管的同步起爆爆轟波壓力。研究結(jié)果表明，4點(diǎn)沖擊片雷管爆轟波壓力平均值相比3點(diǎn)、6點(diǎn)、8點(diǎn)高。多點(diǎn)起爆在改善聚能裝藥戰(zhàn)斗部成型侵徹體氣動(dòng)穩(wěn)定性、提高戰(zhàn)斗部終點(diǎn)毀傷效應(yīng)方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值，但是針對(duì)多點(diǎn)起爆方式下雙層藥型罩EFP成型特性及終點(diǎn)毀傷效應(yīng)的考察尚無(wú)先例。

本文以具有弧錐結(jié)合型雙層藥型罩的EFP戰(zhàn)斗部靜爆試驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)改變起爆點(diǎn)數(shù)目研究其對(duì)戰(zhàn)斗部成型及終點(diǎn)毀傷效應(yīng)的影響規(guī)律，為進(jìn)一步優(yōu)化工程設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參考。

1 雙層藥型罩EFP成型及侵徹過(guò)程與分析

1.1 雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部

設(shè)計(jì)了具有弧錐結(jié)合型藥型罩、裝藥直徑60 mm的雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該戰(zhàn)斗部的兩層藥型罩緊密貼合在一起且兩罩之間存在自由面，即可以自由滑動(dòng)和碰撞。為了方便對(duì)戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)參數(shù)的描述，規(guī)定靠近炸藥的藥型罩為內(nèi)罩，內(nèi)罩厚度為2.4 mm；遠(yuǎn)離炸藥的藥型罩為外罩，外罩厚度為1.1 mm. 內(nèi)、外藥型罩的材料均為紫銅。圖2是雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部試驗(yàn)照片。

圖1 雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)Fig.1 Geometrical structure of EFP warhead with double-layer liners

圖2 雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部試驗(yàn)照片F(xiàn)ig.2 Experimental photograph of EFP warhead with double-layer liners

1.2 數(shù)值計(jì)算模型

圖3 有限元計(jì)算模型(1/2模型)Fig.3 Simulation model (1/2 model)

根據(jù)戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)，利用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件建立了雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部及鋼靶的三維有限元計(jì)算模型，如圖3所示。為了能清楚地描述兩藥型罩的壓垮成形及侵徹鋼靶的過(guò)程，對(duì)于殼體、炸藥、藥型罩和45號(hào)鋼靶實(shí)體部件均采用Lagrange網(wǎng)格和Solid164實(shí)體單元。因?yàn)榫勰苎b藥具有對(duì)稱性，建立了1/2三維有限元實(shí)體模型。該戰(zhàn)斗部裝藥為8701炸藥，計(jì)算采用高能炸藥材料模型[10]，其爆轟產(chǎn)物壓力利用Jones-Wilkins-Lee(JWL)狀態(tài)方程描述，金屬藥型罩及鋼靶的動(dòng)力響應(yīng)過(guò)程選取Johnson-Cook材料模型[11]和Grüneisen狀態(tài)方程[11]聯(lián)合描述，具體材料參數(shù)參考文獻(xiàn)[10,12-13]。

表1是單層和雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部的成型過(guò)程。從表1中可以看出，炸藥起爆后藥型罩被加速驅(qū)動(dòng)、翻轉(zhuǎn)成型，單層藥型罩翻轉(zhuǎn)成形速度為1 500 m/s、長(zhǎng)徑比為2.28左右的聚能侵徹體，兩層緊密貼合在一起的藥型罩逐漸形成兩個(gè)具有良好外形的侵徹體。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，在160 μs左右，兩侵徹體的平均速度為1 625 m/s.

表1 單層及雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部成型過(guò)程(單點(diǎn)起爆)

Tab.1 Formation processes of EFP warheads with single- and double-layer liners(single point of initiating)

1.3 雙層藥型罩EFP成型及侵徹

為了考察雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部毀傷元終點(diǎn)毀傷效應(yīng)的影響，試驗(yàn)設(shè)置如圖4所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，在40 cm炸高范圍內(nèi)兩彈丸尚未發(fā)生分離，因此此時(shí)測(cè)得的侵徹體速度可以近似處理為內(nèi)外藥型罩成型侵徹體的平均速度。試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)在不同炸高處的兩塊鋁箔靶測(cè)量成型侵徹體的平均速度為1 579 m/s，這與數(shù)值計(jì)算結(jié)果的誤差小于3%，說(shuō)明了數(shù)值計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

表2是雙層藥型罩EFP終點(diǎn)毀傷效應(yīng)計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖形，其中單層藥型罩EFP終點(diǎn)毀傷效應(yīng)作為對(duì)照試驗(yàn)。一方面，雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部成型聚能侵徹體的最大侵徹深度可以達(dá)到4.5 cm左右，約為0.75倍裝藥口徑左右，相比于具有相同裝藥結(jié)構(gòu)EFP戰(zhàn)斗部成型侵徹體最大侵徹深度3.4 cm，提高了約32.4%左右。另一方面，兩種戰(zhàn)斗部成型侵徹體對(duì)鋼靶毀傷效應(yīng)的數(shù)值計(jì)算結(jié)果要略大于試驗(yàn)結(jié)果，這主要是由于數(shù)值計(jì)算過(guò)程中為簡(jiǎn)化計(jì)算模型，將3層緊密結(jié)合在一起的鋼靶統(tǒng)一設(shè)置為一層尺寸為φ10 cm×8 cm的鋼靶，而試驗(yàn)過(guò)程中兩層靶之間會(huì)不可避免地發(fā)生一定塑性變形而產(chǎn)生能量損耗。目前研究結(jié)果表明[14]，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)鈍頭彈丸侵徹多層靶與侵徹等厚度的單層靶時(shí)，這種差別可以近似忽略不計(jì)。因此，本文利用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件針對(duì)雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部進(jìn)行仿真模擬的數(shù)值計(jì)算模型及材料參數(shù)的選擇是可靠的，可以用于拓展工況類型，進(jìn)行各種參數(shù)變化對(duì)雙層藥型罩EFP成型及侵徹特性的研究。

表2 雙層藥型罩EFP速度及終點(diǎn)毀傷效應(yīng)計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Numerical and experimental results of EFP with double-layer liners

圖4 雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部靜爆試驗(yàn)設(shè)置Fig. 4 Experimental setup of terminal effects

2 起爆點(diǎn)設(shè)置

起爆點(diǎn)數(shù)目的增減主要會(huì)引起炸藥起爆后藥柱中傳播爆轟波形的改變進(jìn)而影響聚能侵徹體穩(wěn)定成型后的特征參數(shù)，通過(guò)調(diào)整起爆點(diǎn)數(shù)目可以實(shí)現(xiàn)提高炸藥能量利用率、改善成型侵徹體氣動(dòng)參數(shù)[7]等目標(biāo)，但是由于多點(diǎn)起爆方式在具體試驗(yàn)操作中難以保證精準(zhǔn)控制[15]，因此在戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中并未得到廣泛的實(shí)際應(yīng)用。為了準(zhǔn)確表征起爆點(diǎn)數(shù)目與雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部起爆成型聚能侵徹體特征參數(shù)之間的關(guān)系，本文主要通過(guò)數(shù)值模擬的方法研究起爆點(diǎn)數(shù)目N對(duì)成型侵徹體特征參數(shù)的影響規(guī)律。本文研究的多點(diǎn)起爆模式為在裝藥端面底部半徑為r圓環(huán)上均布起爆點(diǎn)，圖5為4點(diǎn)起爆時(shí)起爆點(diǎn)分布示意圖。數(shù)值計(jì)算中r=1 cm，針對(duì)起爆點(diǎn)數(shù)目N分別為2、4、6、8和環(huán)形起爆5種工況分別進(jìn)行研究。

圖5 起爆點(diǎn)位置示意圖Fig.5 Position of initiation point

3 起爆點(diǎn)數(shù)目對(duì)雙層藥型罩EFP成型及侵徹特性影響

3.1 起爆點(diǎn)數(shù)目對(duì)雙層藥型罩EFP成型特性影響

表3為同一時(shí)刻不同起爆點(diǎn)數(shù)條件下內(nèi)外藥型罩表面壓力分布(時(shí)間t=7 μs)。由表3可以看出，起爆點(diǎn)數(shù)目主要從藥型罩表面壓力分布形狀及壓力大小兩個(gè)方面影響雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部成型侵徹體的特征參數(shù)。一方面，隨著起爆點(diǎn)數(shù)目的增多，沿藥型罩表面壓力投影的形狀分布模式逐漸由兩球面波疊加依次變?yōu)?球面波疊加、6球面波疊加、8球面波疊加，投影形狀逐漸由軸對(duì)稱模式轉(zhuǎn)近似變?yōu)橹行膶?duì)稱模式。點(diǎn)起爆點(diǎn)數(shù)目N=8時(shí)，沿藥型罩表面壓力分布的形狀已經(jīng)開(kāi)始接近于環(huán)形起爆模式條件下藥型罩表面壓力分布形狀。對(duì)于藥型罩表面壓力按軸對(duì)稱模式分布的情況(N=2，N=4，N=6)，在對(duì)稱軸區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力的集中點(diǎn)，其原因?yàn)?裝藥端面多點(diǎn)對(duì)稱起爆時(shí)，由于各起爆點(diǎn)同時(shí)發(fā)出等強(qiáng)度的C-J爆轟波，爆轟波碰撞使相鄰兩起爆點(diǎn)的對(duì)稱平面處出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。在藥型罩邊緣處爆轟碰撞區(qū)域微元所受的爆轟波沖擊能量高于非碰撞區(qū)域會(huì)促使藥型罩自身產(chǎn)生不同步翻轉(zhuǎn)，穩(wěn)定成型的雙層藥型罩EFP尾部必然形成對(duì)稱均布的突起，產(chǎn)生尾翼效應(yīng)，且尾翼個(gè)數(shù)與起爆點(diǎn)數(shù)相對(duì)應(yīng)。另一方面，當(dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目N=2時(shí)，內(nèi)層藥型罩表面的局部超壓峰值為54.74 GPa，當(dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目N=4時(shí)，藥型罩表面的局部超壓峰值為61.68 GPa，同比增長(zhǎng)了12.68%. 隨著作用于藥型罩表面沖擊波壓力值的增大，藥型罩微元獲得的壓垮速度也會(huì)隨之提高，形成侵徹體的相應(yīng)特征參數(shù)都隨之增大。當(dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目超過(guò)4時(shí)，藥型罩表面壓力值變化幅值不大。另外，沿藥型罩軸向傳播的沖擊波經(jīng)過(guò)內(nèi)罩后沖擊外罩，由于內(nèi)罩對(duì)沖擊波的緩沖吸收效應(yīng)，外層藥型罩的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程要滯后于內(nèi)層藥型罩并且沖擊波沿外罩徑向傳播發(fā)生碰撞時(shí)應(yīng)力集中點(diǎn)的峰值壓力也略有衰減。

表3 不同起爆點(diǎn)數(shù)藥型罩表面壓力分布(t=7 μs)

Tab.3 Pressure distribution on the liners at different initiation points

表4是不同起爆點(diǎn)數(shù)目成型雙層藥型罩EFP彈體及尾翼的情況。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，在t=160 μs時(shí)刻不同工況條件下戰(zhàn)斗部成型兩EFP基本不再發(fā)生相互作用，其特征參數(shù)(速度、長(zhǎng)徑比及外形等參量)亦趨于穩(wěn)定。因此取t=160 μs時(shí)刻雙層藥型罩EFP的不同特征參量作為比較的依據(jù)。從表4中可以看出炸藥起爆后，雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部均成型了具有對(duì)稱性尾翼結(jié)構(gòu)的大長(zhǎng)徑比聚能侵徹體，其空氣動(dòng)力學(xué)特性會(huì)得到明顯改善，特別針對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)進(jìn)行攻擊時(shí)，其終點(diǎn)毀傷效應(yīng)會(huì)顯著提高。起爆點(diǎn)數(shù)目與穩(wěn)定成型雙層藥型罩EFP尾翼數(shù)目一一對(duì)應(yīng)。隨著起爆點(diǎn)數(shù)目N的增大，雙層藥型罩EFP分別形成了1對(duì)、2對(duì)、3對(duì)和4對(duì)對(duì)稱型尾翼，相較于傳統(tǒng)EFP戰(zhàn)斗部端面單點(diǎn)中心起爆后成型具有較大空氣阻力的尾裙結(jié)構(gòu)，對(duì)稱型尾翼可以確保侵徹體飛行過(guò)程中較高的穩(wěn)定性和較小的速度降。兩點(diǎn)起爆條件下，戰(zhàn)斗部成型具有1對(duì)偏置尾翼的聚能侵徹體且侵徹體主體部分呈現(xiàn)扁平狀，侵徹體在遠(yuǎn)距離飛行過(guò)程中由于流場(chǎng)分布的不對(duì)稱性亦發(fā)生飛行失穩(wěn)。當(dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目N=8時(shí)，炸藥起爆后成型了4對(duì)對(duì)稱型尾翼，但此時(shí)尾翼與侵徹體的主體部分分離程度不明顯[16]，尾翼結(jié)構(gòu)與環(huán)形起爆成型的尾裙結(jié)構(gòu)類似，侵徹體遠(yuǎn)距離飛行時(shí)空氣阻力增大，戰(zhàn)斗部終點(diǎn)毀傷效應(yīng)下降。當(dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目N=4或N=6時(shí)，雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部成型了尾翼對(duì)數(shù)與起爆點(diǎn)數(shù)目相等的對(duì)稱型雙層藥型罩EFP且此時(shí)侵徹體的主體部分亦呈現(xiàn)高度的流線型對(duì)稱性，確保了侵徹體遠(yuǎn)距離飛行時(shí)的穩(wěn)定性，這種戰(zhàn)斗部更加適合遠(yuǎn)距離精準(zhǔn)攻擊目標(biāo)。

表4 不同起爆點(diǎn)數(shù)目成型雙層藥型罩EFP外形(t=160 μs)

Tab.4 Shapes of double layer liners EFP formed at different initiation points(t=160 μs)

圖6 起爆點(diǎn)數(shù)目對(duì)成型侵徹體獲得動(dòng)能的影響(t=160 μs)Fig.6 Influence of initiation points on kinetic energy(t=160 μs)

多點(diǎn)起爆條件下，由相鄰兩點(diǎn)起爆后產(chǎn)生的爆轟波碰撞在裝藥局部產(chǎn)生超壓，炸藥得到充分爆轟后其能量利用效率必然會(huì)提高。除此之外，作用于藥型罩表面爆轟波壓力峰值的增大會(huì)使藥型罩微元獲得的壓垮速度提高，形成侵徹體的相應(yīng)特征參數(shù)亦隨之增大。圖6是起爆點(diǎn)數(shù)目對(duì)成型侵徹體獲得動(dòng)能的影響，從圖6中可以看出，隨著起爆點(diǎn)數(shù)目的增加，內(nèi)外藥型罩成型的侵徹體獲得的動(dòng)能Ek,i、Ek,o均不斷增大，但是當(dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目超過(guò)4后即便是環(huán)形起爆(可以視作在同一起爆半徑上均與分布無(wú)窮多個(gè)起爆點(diǎn))，各成型侵徹體獲得的能量以及兩侵徹體的總能量Ek,tot基本保持不變。相較于兩點(diǎn)起爆，當(dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目達(dá)到4點(diǎn)后，侵徹體獲得能量增長(zhǎng)約7.5%. 可見(jiàn)通過(guò)增加起爆點(diǎn)數(shù)目只能有限制地提高炸藥的能量利用率，當(dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目超過(guò)4后，成型侵徹體獲得動(dòng)能的總量基本不發(fā)生變化。這與Bourne等[17]研究得到的結(jié)果一致，即4點(diǎn)以上的多點(diǎn)起爆與環(huán)形起爆的效果相差不大。根據(jù)侵徹體動(dòng)能的計(jì)算公式Ek=0.5mv2，在忽略侵徹體成型過(guò)程中質(zhì)量的損失條件下，侵徹體動(dòng)能改變的唯一原因就是其速度發(fā)生了相應(yīng)變化。圖7是起爆點(diǎn)數(shù)目對(duì)雙層藥型罩EFP速度的影響，從圖中可以看出內(nèi)外藥型罩成型侵徹體速度vi、vo的變化與其動(dòng)能的變化比較接近。當(dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目達(dá)到4點(diǎn)后，內(nèi)罩成型侵徹體的速度穩(wěn)定在1 550 m/s左右，外罩成型侵徹體的速度穩(wěn)定在1 750 m/s左右。

圖7 起爆點(diǎn)數(shù)目對(duì)雙層藥型罩EFP速度的影響(t=160 μs)Fig.7 Influence of initiation points on velocity(t=160 μs)

另外，隨著起爆點(diǎn)數(shù)目的增多，成型侵徹體的長(zhǎng)徑比η也明顯得到提高。圖8是t=160 μs時(shí)刻起爆點(diǎn)數(shù)目對(duì)雙層藥型罩EFP毀傷元長(zhǎng)徑比的影響規(guī)律，其中雙層藥型罩EFP毀傷元長(zhǎng)徑比是指內(nèi)外罩形成前后串聯(lián)在一起的侵徹體長(zhǎng)度與侵徹體平均直徑的比值。從圖8中可以看出，隨著起爆點(diǎn)數(shù)目的增多，雙層藥型罩EFP毀傷元長(zhǎng)徑比逐漸增大，但是增大的幅度逐漸減弱，在環(huán)形起爆的極限條件侵徹體的長(zhǎng)徑比(η=4.90)比2點(diǎn)起爆時(shí)侵徹體的長(zhǎng)徑比(η=2.76)增長(zhǎng)約77.5%，可見(jiàn)起爆點(diǎn)數(shù)目能夠明顯提高成型侵徹體的長(zhǎng)徑比，進(jìn)而提高戰(zhàn)斗部終點(diǎn)毀傷效應(yīng)。

圖9 起爆點(diǎn)數(shù)目對(duì)雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部終點(diǎn)毀傷效果的影響Fig. 9 Influence of initiation points on terminal effect of EFP warhead with double-layer liners

圖8 起爆點(diǎn)數(shù)目對(duì)雙層藥型罩EFP毀傷元長(zhǎng)徑比的影響(t=160 μs)Fig.8 Influence of initiation points on length-diameter ratio (t=160 μs)

在工程設(shè)計(jì)中，起爆點(diǎn)數(shù)量的選擇還應(yīng)該考慮其他方面的因素，比如裝藥物理尺寸較小會(huì)在空間上限制起爆點(diǎn)的設(shè)置，起爆點(diǎn)數(shù)目越多其起爆設(shè)置、起爆精度及起爆時(shí)差等因素越難以控制等，根據(jù)本文的研究結(jié)果，建議根據(jù)毀傷目標(biāo)特性將起爆點(diǎn)數(shù)目設(shè)置為4～8個(gè)。

3.2 起爆點(diǎn)數(shù)目對(duì)雙層藥型罩EFP侵徹特性影響

圖9是不同起爆點(diǎn)數(shù)目影響雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部終點(diǎn)毀傷效應(yīng)(橫截面)示意圖。從圖9中可以明顯看到：當(dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目為2點(diǎn)或者4點(diǎn)時(shí)，雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部成型侵徹體對(duì)鋼靶的終點(diǎn)毀傷效應(yīng)效果較差，主要體現(xiàn)在穿孔形狀較為不規(guī)則，穿孔深度相對(duì)較??；當(dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目超過(guò)4點(diǎn)時(shí)，雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部成型侵徹體對(duì)鋼靶的終點(diǎn)毀傷效應(yīng)效果較好，主要體現(xiàn)在穿孔形狀較為規(guī)則，其最大穿孔深度保持在1倍裝藥口徑左右，成型侵徹體的終點(diǎn)毀傷效應(yīng)顯著提高；當(dāng)起爆數(shù)目N=6時(shí)，雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部成型毀傷元對(duì)鋼靶的侵徹深度達(dá)到最大值6.42 cm，約為1.07倍裝藥口徑，較端面單點(diǎn)中心起爆方式獲得侵徹體侵徹鋼靶的最大深度提高了32%.

圖10是起爆點(diǎn)數(shù)目對(duì)雙層藥型罩EFP平均侵徹直徑da和最大侵徹深度Lmax的影響，其中平均侵徹直徑是指雙層藥型罩EFP侵徹鋼靶后在鋼靶入口、中間以及底部不同位置侵徹直徑的平均值。從圖10中可以看出：雙層藥型罩EFP對(duì)鋼靶侵徹的平均侵徹直徑與最大侵徹深度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的基本關(guān)系，其最大侵徹深度隨著起爆點(diǎn)數(shù)目的增大先增加、后減?。划?dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目達(dá)到6點(diǎn)時(shí)，戰(zhàn)斗部成型侵徹體對(duì)鋼靶的侵徹深度達(dá)到最大值6.42 cm，此時(shí)的平均侵徹直徑約為2.11 cm.

圖10 起爆環(huán)半徑對(duì)雙層藥型罩EFP侵徹特性的影響Fig.10 Influence of initiation points on penetration effect

數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目N在4～8區(qū)間內(nèi)取值時(shí)，通過(guò)改變起爆點(diǎn)數(shù)目獲得了能夠成行具有良好外形的大長(zhǎng)徑比雙層藥型罩EFP且此時(shí)毀傷元具有優(yōu)良的終點(diǎn)毀傷效能，毀傷元的最大侵徹深度基本能夠達(dá)到1倍裝藥口徑左右。在此區(qū)間范圍內(nèi)，通過(guò)對(duì)起爆點(diǎn)數(shù)目的選擇可以針對(duì)不同裝甲目標(biāo)進(jìn)行戰(zhàn)斗部參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在裝藥總能量及能量密度一定的條件下，使戰(zhàn)斗部的輸出效應(yīng)與打擊目標(biāo)特性相匹配，從而可以有效增加對(duì)目標(biāo)的毀傷效能。針對(duì)本戰(zhàn)斗部裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，綜合考慮戰(zhàn)斗部成型、飛行以及終點(diǎn)毀傷效應(yīng)，當(dāng)起爆數(shù)目為6時(shí)，戰(zhàn)斗部成型具有良好空氣動(dòng)力學(xué)特性及優(yōu)良終點(diǎn)毀傷效應(yīng)的雙層藥型罩EFP.

4 結(jié)論

1)雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部成型聚能侵徹體的最大侵徹深度可以達(dá)到4.5 cm左右，約為0.75倍裝藥口徑左右，相比于具有相同裝藥結(jié)構(gòu)EFP戰(zhàn)斗部成型侵徹體最大侵徹深度3.4 cm，提高了約32.4%左右。

2)隨著起爆點(diǎn)數(shù)目的增多，炸藥能量利用率和侵徹體獲得的動(dòng)能不斷增大，當(dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目超過(guò)4時(shí)，穩(wěn)定成型侵徹體的特征參數(shù)基本保持不變；起爆點(diǎn)數(shù)目與成型侵徹體尾翼數(shù)目一一對(duì)應(yīng)，當(dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目達(dá)到8時(shí)，成型尾翼形狀與環(huán)形起爆成型尾裙形狀接近，成型侵徹體遠(yuǎn)距離攻擊目標(biāo)時(shí)空氣阻力增大，終點(diǎn)毀傷效應(yīng)顯著下降。因此，起爆點(diǎn)數(shù)目N的最佳取值范圍是4～8.

3)數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)起爆點(diǎn)數(shù)目N為6時(shí)，雙層藥型罩EFP戰(zhàn)斗部成型侵徹體終點(diǎn)毀傷效應(yīng)的最大侵徹深度達(dá)到6.42 cm，約為1.07倍的裝藥口徑，較端面單點(diǎn)中心起爆方式獲得侵徹體侵徹鋼靶的最大深度提高了32%.

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Numerical Simulation on Formation and Penetration of Double-layer Liners EFP Warhead Influenced by Multi-point Initiation

LONG Yuan, LIU Jian-feng, JI Chong, ZHONG Ming-shou, LIU Ying, ZHOU Hui

(College of Filed Engineering, PLA University of Science and Technology, Nanjing 210007, Jiangsu, China)

Initiation modes have important influence on formation and penetration of double-layer liners explosively-formed projectile (EFP). Based on the experimental study of double-layer liners EFP warhead, the effect of multi-point initiation on the formation and penetration of EFP warhead with double-layer liners is analyzed by using ANSYS/LS-DYNA software. Results show that the EFP warhead with double-layer liners can form a large aspect ratio ofL/D(the length/diameter) penetrator with good flight characteristics and terminal effects when the number of initiation points are between 4 and 8. As the number of initiation points reach 6, the maximum penetration depth is about 1.07 times of the charge diameter which is increased by 32% compared with an initiation point in the same shape charge structure. The conclusions can supply a theoretical reference for choosing the appropriate initiation point parameters of the double-layer liners EFP warhead.

ordnance science and technology; double-layer liner; multi-point initiation; formation; penetration

2016-04-22

解放軍理工大學(xué)預(yù)先研究基金項(xiàng)目(201417)；解放軍理工大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院青年基金項(xiàng)目(2015-7)

龍?jiān)?1958—)，男，教授，博士生導(dǎo)師； 劉健峰(1988—)，男，博士研究生。E-mail：ljflccc@163.com

TJ410.3+33

A

1000-1093(2016)12-2226-09

10.3969/j.issn.1000-1093.2016.12.007