樊兵凱，崔瀚

（沈陽工學(xué)院能源與水利學(xué)院，遼寧撫順，113122）

0 引言

聚能裝藥是一種廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域的一項(xiàng)技術(shù)，根據(jù)選用藥型罩結(jié)構(gòu)的不同，可以產(chǎn)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(duì)炸高不敏感、具有一定的長(zhǎng)徑比以及侵徹后效大等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用。

藥型罩是聚能裝藥形成毀傷元的核心結(jié)構(gòu)，EFP 的成型與藥型罩結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。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(jié)構(gòu)進(jìn)行EFP 成型研究。橢球型作為一種新型藥型罩結(jié)構(gòu)，對(duì)其形成EFP 侵徹體的研究較少，因此對(duì)橢球形藥型罩形成EFP 的仿真研究對(duì)聚能裝藥的發(fā)展具有一定的意義。針對(duì)橢球形藥型罩EFP 成型的過程進(jìn)行仿真研究，相對(duì)傳統(tǒng)球缺型結(jié)構(gòu)藥型罩形成的EFP 侵徹體威力有所提升的橢球形藥型罩結(jié)構(gòu)，為新結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhǎng)度，B 為橢球形藥型罩短軸長(zhǎng)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(jié)構(gòu)圖

ANSYS AUTODYN 作為顯示動(dòng)力學(xué)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(jìn)行流固耦合運(yùn)算。

計(jì)算中有四個(gè)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(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為回轉(zhuǎn)體，為節(jié)省計(jì)算時(shí)間，采用2d沿X 軸對(duì)稱建模。

起爆方式為炸藥底部中心單點(diǎn)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(dòng)態(tài)觀察點(diǎn)，動(dòng)態(tài)觀察點(diǎn)可以附著在材料網(wǎng)格上，并隨材料形變而運(yùn)動(dòng)，獲得點(diǎn)位的速度，如圖2 所示。

圖2 加入動(dòng)態(tài)高斯點(diǎn)

2 實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)過程。0-0.0078ms 藥型罩中部首先受爆轟波作用翻轉(zhuǎn)至平面；第二階段翻轉(zhuǎn)過程0.0078-0.025ms，此階段藥型罩向前翻轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)向軸線聚攏逐步形成EFP 結(jié)構(gòu)，并在爆轟波作用下長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)，改變藥型罩短軸長(zhǎng)度B 與藥型罩壁厚T 兩個(gè)自變量參數(shù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，研究橢球型藥型罩的成型規(guī)律。

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

2.1 改變藥型罩厚度T 實(shí)驗(yàn)

第一組試驗(yàn)我們采用只改變藥型罩厚度T，不改變裝藥長(zhǎng)度H 和藥型罩短軸長(zhǎng)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(jìn) 行五次實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如表2 所示。

實(shí)驗(yàn)1-5 彈丸成型后結(jié)構(gòu)依次如圖4 所示。

圖4 第一組實(shí)驗(yàn)成型結(jié)構(gòu)組圖

實(shí)驗(yàn)5 相對(duì)于實(shí)驗(yàn)4 的長(zhǎng)徑比為減小原因?yàn)?，成型過程中尾裙拉斷失去質(zhì)量較多，藥型罩利用率較低,導(dǎo)致長(zhǎng)徑比縮短。

由以上數(shù)據(jù)可知，在逐漸減小藥型罩厚度時(shí)，彈丸長(zhǎng)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(zhǎng)B 實(shí)驗(yàn)

第二組實(shí)驗(yàn)改變藥型罩短軸長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)3 為基礎(chǔ)只改變藥型罩藥型罩短軸長(zhǎng)B。

進(jìn)行4 次實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果如表3 所示。

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

3 結(jié)論

在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)范圍內(nèi)藥型罩厚度T 與efp 長(zhǎng)徑比、彈丸穩(wěn)定速度成負(fù)相關(guān)；藥型罩軸向長(zhǎng)度B 與efp 長(zhǎng)徑比成正相關(guān)，與彈丸穩(wěn)定速度成負(fù)相關(guān)。

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