网栅切割式MEFP战斗部成型过程数值模拟研究

【摘要】未来战场环境要求弹药能对付战争中出现的多种目标。传统单一EFP只能进行点对点攻击，无法形成一个攻击区域，无法对付各类集群装甲目标。在复杂多变的战场环境背景下，网栅切割式MEFP战斗部应运而生，它可通过在传统EFP装药基础上加装网栅从而产生轴向多破片式侵彻体。由于其良好的定向和杀伤作用，可提高弹丸命中和毁伤装甲目标的概率，从而能更有效地摧毁轻型装甲集群目标。因此，网栅切割式MEFP战斗部技术成为各国竞相研究的热点之一。本文在广泛检阅国内外相关技术文献的基础上，设计了十字形、星形线形、中心圆环形、井字形4种不同类型的网栅切割式MEFP战斗部结构，利用LS-DYNA显示动力分析有限元程序对不同类型的网栅切割式MEFP战斗部成型过程进行了数值模拟，并分析了多种因素对其成型的影响。在此基础上，对不同方案的网栅切割式MEFP战斗部进行分对比、分析，优选方案。对井字形网栅切割式MEFP战斗部进行优化设计，对比分析了单EFP与优化后的井字形网栅切割式MEFP侵彻钢靶性能。研究表明：（1）随着网栅间距的增大、网栅金属杆宽度的减小、网栅金属杆材料密度的减小、炸药爆速的减小，破片的发散角逐渐减小。金属杆材料密度对破片发散影响不大，但是密度越大越有利于切割。网栅金属杆横截面形状对切割效果有一定的影响，可根据现有工艺加工出合适截面形状的金属杆。在装药长径比不变的情况下，为提高侵彻威力，应尽量选取高爆速炸药。十字形网栅切割式MEFP战斗部中药型罩壁厚应取4mm为最佳。（2）星形线形网栅切割式MEFP较十字形网栅切割式MEFP破片形状均匀，气动力较好。星形线形网栅圆弧半径为40mm时较为适宜。（3）中心圆环形网栅切割式MEFP较星形线形网栅切割式MEFP成型效果好，圆环直径在40～45mm范围内为最佳。随着起爆点距离的增加，破片的速度逐渐增大，发散角逐渐减小。起爆点距离在0.56Dk到0.89Dk范围内能形成理想的破片，且在0.78Dk时破片具有良好的气动力外形和较高的侵彻速度。（4）采用井字形网栅可以在原来的单个EFP装药结构的基础上产生9个具有一定威力和方向性的破片，破片速度、散布面积与其集聚性较好。应用正交优化设计的方法得到了网栅位置、网栅金属杆材料密度、药型罩曲率半径3种因素对破片发散角影响的主次关系，结果表明药型罩曲率半径是影响破片发散角的主要因素，网栅位置次之，网栅金属杆材料密度影响最小。（5）单EFP能可靠贯穿30mm厚钢板，井字形网栅切割式MEFP可以贯穿10mm厚钢板，且井字形网栅切割式MEFP的穿孔个数与网栅结构相对应，同时EFP残体与井字形网栅切割式MEFP残体均具有较高的剩余速度；井字形网栅切割式MEFP的散布直径大于EFP的穿孔直径，说明相对于单个EFP装药，井字形网栅切割式MEFP有效提高了对直升机等轻型装甲目标的毁伤概率。本文研究结果可为网栅切割式MEFP战斗部的发展提供一定的借鉴。
【作者】臧立伟；
【导师】尹建平；智建中；
【作者基本信息】中北大学，兵器工程，2014，硕士
【关键词】爆炸力学；多爆炸成型弹丸；切割网栅；发散角；数值模拟；正交优化设计；

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