橢球型藥型罩EFP 戰(zhàn)斗部成型仿真研究

樊兵凱，崔瀚

（沈陽工學院能源與水利學院，遼寧撫順，113122）

0 引言

聚能裝藥是一種廣泛應用于軍事和民用領域的一項技術，根據(jù)選用藥型罩結構的不同，可以產生聚能射流（JET）、聚能桿式射流（JPC）和爆炸成型彈丸（EFP），其中EFP 具有對炸高不敏感、具有一定的長徑比以及侵徹后效大等優(yōu)點，因此在破甲彈、聚能切割器以及末敏彈等方面得到了廣泛應用。

藥型罩是聚能裝藥形成毀傷元的核心結構，EFP 的成型與藥型罩結構密切相關。目前在EFP 的研究過程中，主要采用大錐角、球缺型以及雙曲型等結構進行EFP 成型研究。橢球型作為一種新型藥型罩結構，對其形成EFP 侵徹體的研究較少，因此對橢球形藥型罩形成EFP 的仿真研究對聚能裝藥的發(fā)展具有一定的意義。針對橢球形藥型罩EFP 成型的過程進行仿真研究，相對傳統(tǒng)球缺型結構藥型罩形成的EFP 侵徹體威力有所提升的橢球形藥型罩結構，為新結構聚能裝藥戰(zhàn)斗部的研究提供理論依據(jù)。

1 模型建立

橢球形聚能裝藥結構如圖1 所示。其中D 為裝藥直徑，T 為藥型罩厚度，t 為殼體厚度，H 為裝藥長度，B 為橢球形藥型罩短軸長度。圖1 尺寸D=40mm；H=48mm；t=1mm；T=1mm；B=8mm。

圖1 聚能裝藥戰(zhàn)斗部結構圖

ANSYS AUTODYN 作為顯示動力學分析軟件，主要算法有拉格朗日算法，歐拉和ALE 算法。在此采用歐拉算法與拉格朗日算法進行流固耦合運算。

計算中有四個零件分別為空氣、藥型罩、炸藥、殼體，材料參數(shù)如表1 所示。

表1 材料選擇及其屬性

由于整體設計結構為回轉體，為節(jié)省計算時間，采用2d沿X 軸對稱建模。

起爆方式為炸藥底部中心單點起爆。為獲得藥型罩成型后頭部速度數(shù)據(jù)及分析成型規(guī)律。添加動態(tài)觀察點，動態(tài)觀察點可以附著在材料網(wǎng)格上，并隨材料形變而運動，獲得點位的速度，如圖2 所示。

圖2 加入動態(tài)高斯點

2 實驗數(shù)據(jù)分析

彈丸成型過程分為三段。第一階段藥型罩翻轉過程。0-0.0078ms 藥型罩中部首先受爆轟波作用翻轉至平面；第二階段翻轉過程0.0078-0.025ms，此階段藥型罩向前翻轉，結構向軸線聚攏逐步形成EFP 結構，并在爆轟波作用下長徑比逐漸加大；第三階段為尾裙拉斷至完全成型過程。0.025ms后，形變逐漸減弱，部分圍裙在爆轟波的作用下拉斷，此后EFP 形狀基本不變。彈丸成型的具體過程如圖3。藥型罩具體參數(shù)為D=40mm；H=48mm；t=1mm；T=1mm；B=8mm。

圖3 efp 成型過程

在此采用單因素實驗，改變藥型罩短軸長度B 與藥型罩壁厚T 兩個自變量參數(shù)進行仿真實驗，研究橢球型藥型罩的成型規(guī)律。

根據(jù)裝藥長徑比，對爆炸成型彈丸形成影響的數(shù)值模擬葛偉2，可知但當L/D 超過1.5 以后,再增大裝藥長徑比對增加EFP 速度意義不大，為此筆者選取藥型罩長徑比為1.2 即裝藥長度為48mm。

2.1 改變藥型罩厚度T 實驗

第一組試驗我們采用只改變藥型罩厚度T，不改變裝藥長度H 和藥型罩短軸長度B。其中B=8mm；D=40mm；H=48mm；t=1mm為固定值。

藥型罩厚度分別為3mm，2mm，1mm，0.7mm，0.5mm，進 行五次實驗。結果如表2 所示。

實驗1-5 彈丸成型后結構依次如圖4 所示。

圖4 第一組實驗成型結構組圖

實驗5 相對于實驗4 的長徑比為減小原因為，成型過程中尾裙拉斷失去質量較多，藥型罩利用率較低,導致長徑比縮短。

由以上數(shù)據(jù)可知，在逐漸減小藥型罩厚度時，彈丸長徑比與藥型罩厚度成反比且彈丸穩(wěn)定速度與藥型罩厚度成反比。

2.2 只改變藥型罩短軸長B 實驗

第二組實驗改變藥型罩短軸長度B，分別為5mm，8mm，10mm，11mm，12mm,其 中T=1mm；D=40；H=48mm；t=1mm 為固定值，即以實驗3 為基礎只改變藥型罩藥型罩短軸長B。

進行4 次實驗仿真結果如表3 所示。

由上表數(shù)據(jù)分析得隨著藥型罩軸向長B 增大，EFP 長徑比逐漸增大，彈丸穩(wěn)定速度略有降低。

3 結論

在實驗數(shù)據(jù)范圍內藥型罩厚度T 與efp 長徑比、彈丸穩(wěn)定速度成負相關；藥型罩軸向長度B 與efp 長徑比成正相關，與彈丸穩(wěn)定速度成負相關。

橢球形藥型罩短軸長為5mm 時（即B/D=1/4）形成長徑比0.85 短粗型彈丸；短軸長12mm 時(即B/D=3/10)其efp 長徑比為9.1 的大長徑比彈丸。