陳 奎，夏 平，李偉兵

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大炸高下爆炸成型彈丸的試驗(yàn)研究

陳 奎1,2，夏 平1，李偉兵2

（1.蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 蘇州，215009；2. 南京理工大學(xué)智能彈藥技術(shù)國防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京，210094）

為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)EFP戰(zhàn)斗部，試驗(yàn)研究了3種不同藥型罩壁厚的EFP戰(zhàn)斗部在大炸高下的飛行穩(wěn)定性能和侵徹威力情況，對(duì)比分析穿過紗網(wǎng)靶后留下的孔形及對(duì)裝甲鋼靶板的侵徹效果，并通過仿真計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明：藥型罩壁厚為0.046D時(shí)形成的EFP不僅飛行穩(wěn)定性好，且穿透了一定厚度的裝甲鋼靶板，試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果吻合較好。

爆炸成型彈丸；飛行性能；侵徹威力；大炸高

EFP戰(zhàn)斗部爆炸后，藥型罩在爆轟壓力的驅(qū)動(dòng)下，擠壓、翻轉(zhuǎn)、拉伸成期望形狀的侵徹體，并加速到2 000m/s左右的速度，可對(duì)炸高1 000倍裝藥直徑范圍內(nèi)的裝甲目標(biāo)實(shí)施有效的毀傷，并可擊穿厚度為1倍裝藥直徑的裝甲目標(biāo)，為在遠(yuǎn)距離上攻擊裝甲車輛提供了可能。由于爆炸成型彈丸具有大炸高攻擊目標(biāo)、受反應(yīng)裝甲影響小、大穿孔和顯著的后效作用以及系統(tǒng)成本較低等一系列優(yōu)點(diǎn)[1]，使得EFP戰(zhàn)斗部成為近幾十年國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，而提高EFP戰(zhàn)斗部的威力和作用距離仍是研究的重點(diǎn)。

為了最大限度地提高EFP的作用距離和侵徹威力，首先要求能夠形成高初速、大質(zhì)量的EFP，以確保其具有較大的初始動(dòng)能；其次要保證形成的EFP具備有較好的氣動(dòng)性能和飛行穩(wěn)定性能，即具有較強(qiáng)的存速能力和較好的散布水平，最終保證EFP對(duì)目標(biāo)的命中和侵徹[2]。

本文針對(duì)一種單點(diǎn)起爆方式下大炸高完成大威力侵徹的EFP戰(zhàn)斗部，試驗(yàn)研究了3種不同藥型罩壁厚的EFP戰(zhàn)斗部在大炸高下的飛行性能和侵徹威力，考察在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)水平下，EFP的飛行特性以及侵徹威力，并為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)EFP戰(zhàn)斗部提供參考。

1 爆炸成型彈丸的飛行試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)方案

前期對(duì)船尾形裝藥結(jié)構(gòu)[3]及弧錐結(jié)合罩結(jié)構(gòu)參數(shù)[4]（見圖1（a））對(duì)爆炸成型彈丸成型的影響規(guī)律做了大量的研究，基于研究結(jié)果設(shè)計(jì)了3種方案的成型裝藥結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)行EFP大炸高飛行試驗(yàn)研究。其中藥型罩錐角2和弧度半徑保持不變，壁厚分別為0.042D（方案A）、0.046D（方案B）和0.052D（方案C），裝藥直徑D為100mm，裝藥高度為0.9D，炸藥為8701，殼體為45#鋼，其厚度為0.05D。成型裝藥采用裝藥端面中心點(diǎn)起爆形成尾裙型EFP，試驗(yàn)裝置如圖1（b）所示。為了獲得不同壁厚的藥型罩結(jié)構(gòu)對(duì)EFP飛行穩(wěn)定性的影響，采用紗網(wǎng)獲得EFP成型形狀及飛行姿態(tài)，用高速攝影獲得EFP飛行過程并計(jì)算成型速度，同時(shí)完成對(duì)裝甲鋼板的侵徹，上述每一方案進(jìn)行了2次試驗(yàn)。試驗(yàn)布置圖如圖2所示。

圖1 成型裝藥結(jié)構(gòu)示意圖及試驗(yàn)中的成型裝藥

圖2 靶場布置

1.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)中采用紗網(wǎng)靶的目的是為了捕獲EFP穿過時(shí)留下的孔型，由此來判斷EFP的完整性、成型形狀以及飛行穩(wěn)定性。如果EFP完整，則每1發(fā)EFP在紗網(wǎng)靶上只留下1個(gè)穿孔，如果穿孔不唯一，說明了EFP在飛行中發(fā)生斷裂；如果每個(gè)紗網(wǎng)靶上的穿孔比較接近圓形，說明EFP飛行穩(wěn)定，而如果孔型形態(tài)各異，則說明了EFP在飛行過程中發(fā)生了翻滾，飛行不穩(wěn)定。選取上述6次試驗(yàn)中具有代表性的試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)其結(jié)果并記錄，見表1。表1中數(shù)據(jù)表示為EFP戰(zhàn)斗部穿過紗網(wǎng)并在其上留下的平均孔徑大小。

表1 紗網(wǎng)經(jīng)EFP穿過的孔徑平均值 (mm)

Tab.1 The average value of holes after EFP through grid targets

對(duì)已有的4組試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析可以得知，對(duì)于同一發(fā)試驗(yàn)來說，EFP在紗網(wǎng)靶板上留下的平均孔徑變化很小，近乎可以忽略其變化；比較試驗(yàn)2、3和4可得，不同壁厚藥型罩形成的EFP在紗網(wǎng)上留下的孔徑大小與藥型罩壁厚有關(guān)，藥型罩的壁厚越厚紗網(wǎng)上的孔徑越大；再比較試驗(yàn)2和5，可以得出由相同壁厚的藥型罩壓垮成型的EFP穿透紗網(wǎng)的孔徑大小基本沒有變化，說明兩次試驗(yàn)中EFP的成型形態(tài)相差較小，本次試驗(yàn)所加工的成型裝藥質(zhì)量較好。

試驗(yàn)2、3和4形成的EFP穿過紗網(wǎng)靶板并在其上留下的孔形效果如圖3所示。

圖3 紗網(wǎng)經(jīng)EFP穿過后的孔型

從圖3中紗網(wǎng)孔形可以看出，EFP在飛行過程中發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，由于所設(shè)計(jì)的成型裝藥帶有殼體，因此在藥型罩壓垮形成EFP過程中殼體形成的破片向四周飛散，導(dǎo)致每次試驗(yàn)中的前兩個(gè)紗網(wǎng)的孔形都呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，而越靠后的紗網(wǎng)，其孔形越接近圓形。從表1中紗網(wǎng)經(jīng)EFP穿過后的孔徑平均值和圖3中紗網(wǎng)的孔形得出，本次試驗(yàn)所設(shè)計(jì)的3種成型裝藥結(jié)構(gòu)所形成的EFP成型形態(tài)均較好，適宜遠(yuǎn)距離飛行。通過比較圖3中（a）、（b）、（c）3幅圖，發(fā)現(xiàn)當(dāng)藥型罩壁厚為0.042D（方案A）時(shí)，形成的EFP在飛行中發(fā)生了明顯的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象；當(dāng)藥型罩壁厚達(dá)到0.046D時(shí)，EFP的飛行趨于穩(wěn)定；當(dāng)藥型罩壁厚達(dá)到0.052D時(shí)，形成的EFP飛行較穩(wěn)定，但是EFP的直徑明顯增大，成型速度大大降低，不利于實(shí)現(xiàn)大侵深。綜合比較后得出壁厚為0.046D（方案B）的藥型罩形成的EFP在成型形態(tài)和成型速度方面最優(yōu)。

2 大炸高下爆炸成型彈丸的侵徹試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)布置

爆炸成型彈丸（EFP）在侵徹裝甲機(jī)理上與穿甲彈有相似之處，都是利用動(dòng)能侵徹使裝甲板洞穿，產(chǎn)生沖塞體，并伴有大量裝甲碎片崩落；不同之處在于侵徹過程中EFP本身變形較大并伴隨著彈體材料的侵蝕。采用設(shè)計(jì)的3種壁厚藥型罩的成型裝藥結(jié)構(gòu)，在大炸高下對(duì)一定厚度的裝甲鋼靶進(jìn)行侵徹試驗(yàn)，以此來驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的成型裝藥形成的EFP能否達(dá)到預(yù)定的侵徹威力要求。為了使EFP在大炸高下能夠擊中靶板，試驗(yàn)中選用了水平儀來調(diào)整EFP戰(zhàn)斗部相對(duì)于靶板的位置。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

將試驗(yàn)得到的結(jié)果列于表2中。

表2 EFP侵徹裝甲鋼靶試驗(yàn)結(jié)果

Tab.2 Test results of EFP penetrating armor steel target

注：序號(hào)1試驗(yàn)失敗。

從表2中可以看出，雖然壁厚為0.042D（方案A）的藥型罩形成的EFP速度最大，穿深較大且大于靶板厚度，但由于其在著靶前發(fā)生了斷裂，因此沒有貫穿裝甲鋼靶，僅使裝甲鋼靶的背面發(fā)生了嚴(yán)重變形；壁厚為0.052D（方案C）的藥型罩形成的EFP成型形態(tài)最好，入孔孔徑也最大，但由于其著靶速度較低，侵徹深度最小，因此也沒有穿透試驗(yàn)中的裝甲鋼靶板；而壁厚為0.046D（方案B）的藥型罩形成的EFP著靶速度適中，成型形狀也較好，因此在2次試驗(yàn)中均穿透了裝甲鋼靶板，并獲得了較大的沖塞體。典型方案下侵徹后的靶板孔形如圖4所示。

圖4 典型的侵徹后裝甲鋼靶的孔形

2.3 仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

采用有限元軟件對(duì)方案B（藥型罩壁厚為0.046D）的成型裝藥所形成的EFP侵徹一定厚度的裝甲鋼靶進(jìn)行數(shù)值模擬。方案B侵徹裝甲鋼的仿真模型如圖5（a）所示，由于侵徹計(jì)算采用三維模型計(jì)算量較大，因此此處采用二維模型來計(jì)算EFP侵徹裝甲鋼。仿真獲得了EFP在侵徹靶板前的成型速度為2 261m/s，長度為80mm。侵徹結(jié)束后，靶板后效圖見圖5（b），仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的比較列于表3中，其中試驗(yàn)結(jié)果為兩次試驗(yàn)的平均值。

圖5 EFP侵徹裝甲鋼模型及侵徹結(jié)果

通過比較表3中的仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果，可得知數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，說明仿真計(jì)算能反映EFP的成型和侵徹裝甲鋼靶板的過程，因此可以采用數(shù)值仿真的方法來進(jìn)行EFP戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和模擬EFP對(duì)裝甲鋼靶板的侵徹。

表3 仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較

Tab.3 Comparison results of simulation and test

3 結(jié)論

（1）試驗(yàn)研究了3種壁厚（0.042D、0.046D和0.052D）藥型罩結(jié)構(gòu)形成的EFP在大炸高下的飛行穩(wěn)定性能和侵徹威力情況，通過分析EFP穿過紗網(wǎng)靶留下的孔形和對(duì)裝甲鋼靶板的侵徹結(jié)果，獲得了壁厚為0.046D的藥型罩結(jié)構(gòu)形成EFP飛行穩(wěn)定性較好，且在大炸高下穿透了一定厚度的裝甲鋼靶板。

（2）采用有限元軟件對(duì)EFP侵徹裝甲鋼靶進(jìn)行了數(shù)值模擬，數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，因此可以采用數(shù)值仿真的方法來進(jìn)行EFP戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以及模擬EFP對(duì)裝甲鋼靶板的侵徹。試驗(yàn)結(jié)果和仿真數(shù)據(jù)可為EFP戰(zhàn)斗部的應(yīng)用提供參考數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步指導(dǎo)EFP戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

[1] 李偉兵.多模式EFP成型及侵徹機(jī)理研究[D]. 南京:南京理工大學(xué), 2010.

[2] 楊紹卿.靈巧彈藥工程[M].北京:國防工業(yè)出版社, 2010.

[3] Weibing Li, Xiaoming Wang, Wenbin Li, et al. Research on the optimum length-diameter ratio of the charge of a multi- mode warhead [J]. Shock Waves, 2012,22(3): 265-274.

[4] Li Wei-bing, Wang Xiao-ming, Li Wen-bin. Design optimi- zation of the configuration parameters of multimode warhead[C]//25th International Symposium on Ballistics. China, Beijing, 2010.

Experimental Research on Performance of EFP at Large Stand-off Distance

CHEN Kui1,2，XIA Ping1，LI Wei-bing2

(1.Suzhou Higher Vocational School, Suzhou，215009；2.ZNDY of Ministerial Key Laboratory, Nanjing University of Science and Technology，Nanjing，210094)

Aiming at flight characteristics and penetration property of EFPs at large stand-off distance，experiments were carried out with different liner thickness of EFP warhead. A serial of grid targets are used in the flight trajectory to investigate the flight characteristics of the EFPs, and a suitable thickness armor steel target at the end of the trajectory is used to investigate the penetration property of the EFPs．Meanwhile, the simulation calculation was carried out to verify the test result. The results showed that when the thickness of liner is 0.046 times of charge diameter , both the flight characteristics and penetration property of the EFP is best, and the test result is accordant with the simulation result well．

Explosively formed projectile；Flight characteristics；Penetration property；Large stand-off distance

TJ410.3+33

A

1003-1480（2014）06-0005-04

2014-07-23

陳奎（1987-），男，在讀碩士研究生，主要從事戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)及目標(biāo)毀傷技術(shù)研究。

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（11202103）。