刻槽數(shù)量對(duì)刻槽式MEFP成型的影響研究

張　健，趙　爽，相升海，張恩濤，程　春，韓繼龍

(1.沈陽(yáng)理工大學(xué) 裝備工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110159；2.沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司，沈陽(yáng) 110168)

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刻槽數(shù)量對(duì)刻槽式MEFP成型的影響研究

張健1，趙爽1，相升海1，張恩濤2，程春1，韓繼龍1

(1.沈陽(yáng)理工大學(xué) 裝備工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110159；2.沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司，沈陽(yáng) 110168)

利用LS-DYNA軟件有限元程序?qū)滩凼組EFP戰(zhàn)斗部成型進(jìn)行數(shù)值模擬，研究刻槽數(shù)量對(duì)刻槽式MEFP成型的影響。研究結(jié)果表明：刻槽數(shù)量為三至八槽，殼體厚度與彈丸直徑比和裝藥長(zhǎng)徑比在一定范圍時(shí)，藥型罩均可形成與刻槽數(shù)量相同的子彈丸；子彈丸的長(zhǎng)徑比隨著刻槽數(shù)量的增加而增大；刻槽數(shù)量一定時(shí)，子彈丸的速度和全部子彈丸動(dòng)能隨著殼體厚度與彈丸直徑比、裝藥長(zhǎng)徑比的增加而增大。研究結(jié)果對(duì)于刻槽式MEFP戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)具有參考意義。

多爆炸成型彈丸；刻槽數(shù)量；數(shù)值仿真；藥型罩

多爆炸成型彈丸(MEFP)與爆炸成型彈丸(EFP)相比，在保持一定的侵徹能力的情況下，能夠產(chǎn)生多個(gè)爆炸成型彈丸，從而形成攻擊彈幕，提高毀傷輕型裝甲目標(biāo)的命中概率[1-2]，現(xiàn)已成為許多學(xué)者研究的對(duì)象。陳宇等人設(shè)計(jì)一種防空組合式MEFP戰(zhàn)斗部[3]。王猛等人對(duì)三槽刻槽式MEFP進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究[4]。相升海等人對(duì)三槽刻槽式MEFP侵徹靶板進(jìn)行數(shù)值模擬并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，表明這種數(shù)值模擬方法可行[5]。

本文采用文獻(xiàn)[5]數(shù)值模擬方法，研究刻槽式MEFP在不同的殼體厚度與彈丸直徑比和裝藥長(zhǎng)徑比下，刻槽數(shù)量對(duì)刻槽式MEFP成型、子彈丸的速度與全部子彈丸動(dòng)能的影響，本文研究的刻槽數(shù)量為三至八槽。

1　有限元建模

刻槽式MEFP戰(zhàn)斗部的藥型罩采用圓周均勻分布的V型槽，藥型罩中心留有通心孔，刻槽數(shù)量為三、四、五、六、八。藥型罩、裝藥、及其殼體采用六面體實(shí)體單元。圖1是三槽刻槽式MEFP示意圖和有限元模型。

圖1　三槽刻槽式MEFP示意圖和計(jì)算模型

殼體與裝藥、裝藥與藥型罩之間采用單面滑移接觸，主裝藥采用中心起爆。藥型罩中心開(kāi)有通孔，藥型罩為變壁厚，藥型罩有限元模型如圖2所示。

圖2　三至八槽藥型罩有限元模型

主裝藥采用8705炸藥，選用MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型及EOS_JWL狀態(tài)方程；殼體采用45#鋼，選用MAT_JOHNSON_COOK材料模型及EOS_GRUNEISEN狀態(tài)方程；藥型罩采用紫銅，選用MAT_JOHNSON_COOK材料模型及EOS_GRUNEISEN狀態(tài)方程。殼體、藥型罩、炸藥參數(shù)詳見(jiàn)文獻(xiàn)[6-8]。

MAT_JOHNSON_COOK材料模型等效應(yīng)力表達(dá)式為

(1)

EOS_GRUNEISEN狀態(tài)方程為

(2)

2　計(jì)算結(jié)果分析

2.1MEFP成型數(shù)量的分析

藥型罩在爆轟波的作用下發(fā)生翻轉(zhuǎn)，并在刻槽處斷裂，從而形成多個(gè)子彈丸。殼體厚度與彈丸直徑比為0.030，裝藥長(zhǎng)徑比為0.8，刻槽數(shù)量為三、四、五、六、八時(shí)，藥型罩成型結(jié)果如圖3所示。

圖3　刻槽式MEFP藥型罩成型圖

從圖3可知，殼體厚度與彈丸直徑比、裝藥長(zhǎng)徑比在一定范圍時(shí)，藥型罩在爆轟波的作用下，能夠形成近似均勻分布的子彈丸，子彈丸數(shù)量與刻槽數(shù)量相同。

子彈丸的長(zhǎng)徑比逐漸變大，不同刻槽數(shù)量的子彈丸的長(zhǎng)徑比如圖4所示。

圖4　刻槽數(shù)量不同時(shí)子彈丸的長(zhǎng)徑比

2.2刻槽數(shù)量對(duì)MEFP成型的影響

本文在殼體厚度與彈丸直徑比和裝藥長(zhǎng)徑比變化的情況下，研究刻槽數(shù)量對(duì)刻槽式MEFP成型、子彈丸的速度和全部子彈丸動(dòng)能的影響。

刻槽數(shù)量為三、四、五、六、八，殼體厚度與彈丸直徑比分別為0.025、0.030、0.035、0.040時(shí)，成型后子彈丸的速度和全部子彈丸動(dòng)能如圖5所示。

圖5　殼體厚度與彈丸直徑比不同時(shí)子彈丸的速度和全部子彈丸動(dòng)能

由圖5a可知，刻槽數(shù)量一定時(shí)，子彈丸的速度隨著殼體厚度與彈丸直徑比的增加而增大。這是因?yàn)闅んw厚度與彈丸直徑比的增加，延長(zhǎng)了炸藥對(duì)藥型罩的作用時(shí)間，使得更多能量轉(zhuǎn)化為子彈丸的動(dòng)能，所以子彈丸的速度增大。當(dāng)殼體厚度與彈丸直徑比不變，刻槽數(shù)量少于五槽時(shí)，子彈丸的速度隨著刻槽數(shù)量的增加而增大；當(dāng)刻槽數(shù)量多于五槽時(shí)，隨著刻槽數(shù)量的增加速度變化不大，子彈丸的速度趨于穩(wěn)定。

由圖5b可知，當(dāng)殼體厚度與彈丸直徑比不變時(shí)，全部子彈丸動(dòng)能隨著刻槽數(shù)量的增加而減小。這是因?yàn)闅んw厚度與彈丸直徑比一定的情況下，炸藥對(duì)藥型罩的作用時(shí)間不變，而刻槽數(shù)量增加，斷裂損失的能量明顯增大，所以全部子彈丸動(dòng)能隨著刻槽數(shù)量的增加而減小。

刻槽數(shù)量分別為三、四、五、六、八，裝藥長(zhǎng)徑比分別為0.8、0.9、1.0、1.1時(shí)，成型后子彈丸的速度與全部子彈丸動(dòng)能如圖6所示。

由圖6a可知，刻槽數(shù)量一定時(shí)，子彈丸的速度隨裝藥長(zhǎng)徑比的增加而增大，這是因?yàn)閺椡柚睆讲蛔儯b藥長(zhǎng)徑比增大，裝藥量增加，作用在藥型罩的能量增加，而藥型罩質(zhì)量不變，所以子彈丸的速度增大。裝藥長(zhǎng)徑比不變，當(dāng)刻槽數(shù)量為三至五槽時(shí)，子彈丸的速度隨著刻槽數(shù)量的增加而增大；當(dāng)刻槽數(shù)量多于五槽時(shí)，隨著刻槽數(shù)量的增加，子彈丸的速度變化不大且趨于穩(wěn)定。

由圖6b可知，裝藥長(zhǎng)徑比不變，全部子彈丸動(dòng)能隨著刻槽數(shù)量的增加而減小。這是因?yàn)檠b藥長(zhǎng)徑比不變時(shí)，裝藥量不變，作用在藥型罩上能量不變，而刻槽數(shù)量增加，藥型罩?jǐn)嗔褤p失的能量明顯增大，所以全部子彈丸動(dòng)能隨著刻槽數(shù)量的增加而減小。

圖6　裝藥長(zhǎng)徑比不同時(shí)子彈丸的速度和全部子彈丸動(dòng)能

3　結(jié)論

(1)刻槽數(shù)量為三至八槽，殼體厚度與彈丸直徑比、裝藥長(zhǎng)徑比在一定范圍時(shí)，能夠形成近似均勻分布的子彈丸；子彈丸的長(zhǎng)徑比隨刻槽數(shù)量的增加而增大。

(2)刻槽數(shù)量一定時(shí)，子彈丸的速度和全部子彈丸動(dòng)能隨著殼體厚度與彈丸直徑的比、裝藥長(zhǎng)徑比的增加而增大。

(3)殼體厚度與彈丸直徑的比不變，刻槽數(shù)量少于五槽時(shí)，子彈丸的速度隨著刻槽數(shù)量的增加而增大；當(dāng)刻槽數(shù)量為五至八槽時(shí)，子彈丸的速度對(duì)刻槽數(shù)量的變化不敏感；裝藥長(zhǎng)徑比不變，當(dāng)刻槽數(shù)量少于五槽時(shí)，子彈丸的速度隨著刻槽數(shù)量的增加而增大；當(dāng)刻槽數(shù)量為五至八槽時(shí)，子彈丸的速度對(duì)刻槽數(shù)量的變化不敏感。

(4)當(dāng)殼體厚度與彈丸直徑比、裝藥長(zhǎng)徑比不變時(shí)，全部子彈丸動(dòng)能隨著刻槽數(shù)量的增加而減小。

[1]Frong R,Ng W,Rice B,et al.Multiple explosively formed penetrator(MEFP)warhead technology development[C]//19th International Symposium on Ballistics.Switzerland,2001:563-568.

[2]尹建平,張洪成,付璐,等.多爆炸成型彈丸性能參數(shù)灰關(guān)聯(lián)分析[J].火力與指揮控制,2012,37(5):183-187.

[3]陳宇,曹紅松,王智軍,等.一種新型防空MEFP的設(shè)計(jì)與仿真[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2013,41(4):202-206.

[4]王猛,黃德武,羅榮梅.整體多枚爆炸成型彈丸戰(zhàn)斗部試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬[J].兵工學(xué)報(bào),2010,31(4)：453-456.

[5]相升海,徐文龍,唐恩凌,等.刻槽式多爆炸成型彈丸對(duì)雙層有先后鋼靶侵徹能力及后效研究[J].兵工學(xué)報(bào),2014,35(9):1350-1355.

[6]范斌,王志軍,王輝.多爆炸成型彈丸成型過(guò)程的數(shù)值模擬[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào),2010,30(1):124-126.

[7]周翔,龍?jiān)?岳小兵.76mm口徑EFP成形過(guò)程數(shù)值模擬及影響因素研究[J].彈道學(xué)報(bào),2003,15(2):59-63.

[8]吳晗玲,段卓平,汪永慶.桿式射流形成的數(shù)值模擬研[J].爆炸與沖擊,2006,26(4):328-333.

(責(zé)任編輯：趙麗琴)

Study on the Influence of the Number of Grooves on the MEFP Forming of the Groove

ZHANG Jian1,ZHAO Shuang1,XIANG Shenghai1,ZHANG Entao2,CHENG Chun1,HAN Jilong1

(1.Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China;2.Shenyang SIASUN Robot and Automation Co,Ltd,Shenyang 110168,China)

The MEFP warhead molding of the groove type was numerically simulated by LS-DYNA software, and the influence on the molding of the groove-type MEFP warhead of different groove number was studied.The research results show that,when the groove number is 3 to 8,the thickness of shell and the length of charge is in a certain range,the liner can form the projectiles,the number of which is as equal as groove number.The velocity and kinetic energy of the projectile increased with the increase of the shell thickness,increased with the increase of charge length,when the groove number was specified.The research results have a significant influence on the design of the groove-type MEFP warhead.

multi-explosive shaped projectiles;the number of grooves;numerical simulation;drug-type cover

2015-09-14

張健(1961—),男,博士,教授,研究方向:彈藥工程。

TJ410.3+33

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