V型夾層炸藥干擾桿式侵徹體的影響因素研究*

高學(xué)浩，王鳳英，劉天生，薛小秀

（1中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，太原030051;2山西江陽(yáng)化工有限公司，太原 030041）

0 引言

爆炸式反應(yīng)裝甲以其體積小、重量輕、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代裝甲車輛的防護(hù)中被廣泛應(yīng)用［1］。V型夾層炸藥是爆炸式反應(yīng)裝甲常用的基本結(jié)構(gòu)之一［2－3］。

目前，關(guān)于爆炸反應(yīng)裝甲干擾桿式侵徹體的研究大多集中于單個(gè)平板夾層炸藥，如李小笠等［4－5］提出長(zhǎng)桿彈與爆炸式反應(yīng)裝甲平板飛散干擾模型，李向東等［6］分析平板夾層炸藥干擾桿式侵徹體的影響因素。但針對(duì)V型夾層炸藥干擾桿式侵徹體的研究還較少。因此文中研究運(yùn)用數(shù)值模擬軟件LS-DYNA模擬V型爆炸式反應(yīng)裝甲干擾桿式侵徹體的過程，分析入射角θ、兩平板夾層炸藥距離H1、V型夾層炸藥距主裝甲距離H2等因素對(duì)V型爆炸式反應(yīng)裝甲干擾桿式侵徹體的影響。

1 計(jì)算模型

1.1 模型的基本結(jié)構(gòu)

圖1 V型爆炸爆炸式反應(yīng)裝甲基本結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，單元一為傾斜放置的平板夾層炸藥，傾斜角度為10°;單元二為水平放置的平板夾層炸藥;θ是桿式侵徹體的入射角;H1是兩平板夾層炸藥距離;H2是V型夾層炸藥距主裝甲距離。

1.2 材料模型及參數(shù)

根據(jù)圖1建立二分之一模型，桿式侵徹體長(zhǎng)取64 mm，直徑為8 mm，頭部為半球型，初始速度為1 700 m/s。上、下飛板長(zhǎng)為80 mm，寬 40 mm，厚度3 mm。炸藥長(zhǎng)80 mm，寬40 mm，厚度2 mm。為節(jié)省計(jì)算量，主裝甲采用主靶與輔助靶相結(jié)合的方法。

上、下飛板、桿式侵徹體、主靶、輔助靶均為45#鋼，采用Johnson-Cook模型和 Gruneisen狀態(tài)方程來描述，其主要材料參數(shù)為:ρ=7.83 g/cm3，G=77 GPa，PA=0.792 GPa，PB=0.51 GPa，C=0.456 9，S1=1.49，γ0=2.17。夾層炸藥為軍用B炸藥，采用 Elastic_Plastic_Hydro模型和Gnition_Growth_of_Reaction_In_He狀態(tài)方程來描述，其主要材料參數(shù)為:ρ0=1.712 g/cm3，G=3.54 GPa，r1=778.1 GPa，r2= － 0.05 GPa，a=524.2 GPa，b=7.678 GPa?？諝獠捎?Null模型和 Gruneisen狀態(tài)方程，其主要材料參數(shù)為:ρ=0.001 293 g/cm3，C4=C5=0.4，C1=C2=C3=C6=0。

2 計(jì)算結(jié)果及分析

2.1 入射角的影響

首先計(jì)算桿式侵徹體在無V型夾層炸藥下，θ從0°到60°不同的侵徹穿深P1。然后將V型夾層炸藥按H1=7 mm、H2=8 mm進(jìn)行放置，計(jì)算θ從0°到60°的不同侵徹穿深P2，如表1所示。

表1 不同θ所對(duì)應(yīng)的P1、P2及ξ

ξ表示穿深減少率。由表1可看出，當(dāng)θ在0°到55°時(shí)，ξ隨著θ的增加而增加;當(dāng)θ達(dá)到60°時(shí)，ξ突然躍升。

當(dāng)θ增加時(shí)，桿式侵徹體相對(duì)于單元一、單元二的入射角都會(huì)增加，兩單元的干擾作用都會(huì)增強(qiáng)，使桿式侵徹體侵徹主靶前，彎曲角度增加，長(zhǎng)度變短。如圖2所示，α為彎曲角度，L為桿式侵徹體長(zhǎng)度。當(dāng)θ=15°時(shí)，α1=2°，L1=45.1 mm;當(dāng) θ=45°時(shí)，α2=5°，L2=41.6 mm;當(dāng)θ=60°時(shí)，α3=18°，L3=41 mm。所以當(dāng)θ從0°增加55°時(shí)，ξ不斷增強(qiáng);當(dāng)θ=60°時(shí)，由于桿式侵徹體嚴(yán)重彎曲，桿式侵徹體出現(xiàn)跳彈現(xiàn)象，導(dǎo)致ξ突然躍，如圖3所示。

圖2 θ=15°、θ=45°、θ=60°時(shí)，侵徹主靶前桿式侵徹體的彎曲角度和長(zhǎng)度

圖3 θ=60°時(shí)，桿式侵徹體出現(xiàn)跳彈現(xiàn)象

2.2 兩平板夾層炸藥距離

將V型夾層炸藥按H2=8 mm進(jìn)行放置，入射角θ=40°，計(jì)算桿式侵徹體在H1從0mm到37 mm變化時(shí)的不同侵徹穿深P3，如表2所示。

表2 不同H1對(duì)應(yīng)的P3

由表2可知，隨著H1不斷增加，P3先下降，然后又增加。

定義桿式侵徹體與單元一下飛板開始接觸時(shí)，單元一下飛板與單元二上飛板之間的距離為H3。當(dāng)H1從0mm增至11mm的過程中，H3不斷增加，使單元一與侵徹體單獨(dú)作用時(shí)間增加，使桿式侵徹體侵徹主靶前，彎曲角度增加，長(zhǎng)度變短，彈體損壞程度增加，P3下降。如圖4所示，Dmin為桿式侵徹體侵徹主靶前的最小直徑。當(dāng)H1=5 mm時(shí)，α4=3°，L4=41.8mm，Dmin=7.75 mm，損壞程度較輕;當(dāng) H1=5 mm 時(shí)，α5=5°，L4=40.8 mm，Dmin=7.1 mm，損壞程度較嚴(yán)重，多處被飛板嚴(yán)重切割。

圖4 H1=5 mm與H1=11 mm時(shí)的H3對(duì)比及侵徹主靶前侵徹體的彎曲角度、長(zhǎng)度、最小直徑、損壞程度

但隨著H1繼續(xù)增加，單元一下飛板對(duì)桿式侵徹體的作用力方向發(fā)生改變，使侵徹體的頭部變銳，入射角變小，侵徹能力增強(qiáng)，P3上升。如圖5所示，當(dāng)H1=37 mm時(shí)，桿式侵徹體的頭部嚴(yán)重變銳，θ從40°減少到 34.6°。

圖5 H1=37 mm時(shí)，單元一下飛板的反向切割作用力及侵徹主靶前的侵徹體

2.3 V型夾層炸藥距主裝甲距離

將V型夾層炸藥按H1=7 mm進(jìn)行放置，入射角θ=40°，計(jì)算桿式侵徹體在H2從0 mm到32 mm變化時(shí)的不同的侵徹穿深P4，如表3所示。

表3 不同H2對(duì)應(yīng)的P4

從表3可知，隨著H2不斷增加，P4先保持不變，然后出現(xiàn)輕微下降，最后保持不變。

當(dāng)H2在0 mm與4mm之間時(shí)，由于距離較短，單元二下飛板未發(fā)生切割作用就已經(jīng)撞擊到主裝甲上，所以H2的增加對(duì)干擾作用造成影響，P4保持不變，如圖6所示。當(dāng)H2在6mm與12mm之間時(shí)，桿式侵徹體與單元二下飛板發(fā)生切割作用，并且隨著H2增加，切割作用有所加強(qiáng)，P4下降，干擾作用增強(qiáng)。當(dāng)H2大于12 mm，但由于入射角等因素影響，侵徹體在單元二下飛板上的著彈點(diǎn)靠近邊緣處，單元二下飛板與侵徹體切割作用距離太短，發(fā)生作用后就迅速分離。所以即使繼續(xù)增加H2，單元二下飛板切割作用也不會(huì)增加。如圖7所示，H2=18 mm與H2=32 mm時(shí)，單元二下飛板切割作用距離S相同，均為11.5 mm。所以，P4保持不變，干擾作用保持不變。

圖6 H2=4 mm，單元二下飛板未發(fā)生切割作用

圖7 H2=18 mm與H2=32 mm時(shí)單元二下飛板切割作用距離相同

3 結(jié)論

1）隨著θ不斷增加，桿式侵徹體侵徹主靶前的彎曲角度增加，長(zhǎng)度變短，V型夾層炸藥的干擾作用不斷加強(qiáng);當(dāng)θ=60°時(shí)，桿式侵徹體嚴(yán)重彎曲，出現(xiàn)跳彈現(xiàn)象，干擾作用突然躍升。

2）隨著H1不斷增加，單元一與侵徹體單獨(dú)作用時(shí)間增加，導(dǎo)致彎曲角度增加，長(zhǎng)度變短，侵徹體損壞程度增加，V型夾層炸藥干擾作用增強(qiáng);然而當(dāng)H1大于11 mm時(shí)，單元一下飛板的作用力方向改變，使侵徹體的頭部變銳，入射角變小，干擾作用又下降。

3）當(dāng)H2在0mm與4mm之間時(shí)，由于距離較短，單元二下飛板未發(fā)生切割作用就已經(jīng)撞擊到主裝甲上，V型夾層炸藥的干擾作用不變。當(dāng)H2在6 mm與12 mm之間時(shí)，桿式侵徹體與單元二下飛板發(fā)生切割作用，干擾作用增強(qiáng)。當(dāng)H2大于12mm，單元二下飛板切割作用距離太短，切割作用不再隨H2增加而增加，干擾作用不變。

［1］王鳳英.裝甲防護(hù)技術(shù)的發(fā)展［J］.測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào)，2002（2）:144－147.

［2］焦麗娟.新型反應(yīng)裝甲技術(shù)研究［D］.太原.華北工學(xué)院，2001.

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［4］李小笠，趙國(guó)志，杜忠華.爆炸式反應(yīng)裝甲對(duì)長(zhǎng)桿體侵徹的干擾作用［J］.彈道學(xué)報(bào)，2006，18（3）:74 －78.

［5］李小笠，趙國(guó)志，沈培輝，等.長(zhǎng)桿彈與爆炸式反應(yīng)裝甲平板飛散干擾模型［J］.彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2003，23（2）:143－147.

［6］李向東，楊亞東，蘭志.平板夾層炸藥對(duì)桿式侵徹體干擾的影響因素［J］.彈道學(xué)報(bào)，2010，22（3）:68－72.