陳玉 盧旭東 李建普

摘 ?要：為提高傳統(tǒng)特種能源成型干擾器（EFP）侵徹部的侵徹范圍和干擾效果，通過對EFP侵徹部進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在不影響EFP成型的基礎(chǔ)上，將預(yù)制破片和EFP侵徹部這2種干擾元進(jìn)行融合，形成EFP動能干擾復(fù)合侵徹部。采用AUTODYN有限元分析軟件將動能干擾侵徹部的殼體結(jié)構(gòu)和藥型罩外形對破片運動狀態(tài)和藥型罩變形情況的影響進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明，采用球缺形藥型罩有利于形成EFP；當(dāng)殼體與水平角度在-8°～-10°范圍內(nèi)，預(yù)制破片和形成的EFP速度最大，可增大侵徹部的干擾效果。

關(guān)鍵詞：EFP侵徹部；藥型罩；預(yù)制破片；AUTODYN；殼體結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TJ410 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2024）14-0001-04

Abstract： In order to improve the penetration range and jamming effect of the traditional EFP penetration part， the structure of the EFP penetration part is optimized. On the basis of not affecting the forming of EFP， the two interference elements of the prefabricated fragment and the EFP penetration part are integrated to form the EFP kinetic energy interference composite penetration part. The effects of the shell structure of the kinetic energy interference penetration and the shape of the liner on the fragment motion and the cover deformation are numerically simulated using AUTODYN finite element analysis software. The results show that the spherical shaped liner is beneficial to the formation of EFP; when the angle between the shell and the horizontal is in the range of -8°～-10°， the velocity of prefabricated fragments and EFP is the highest， which can increase the interference effect of the penetration part.

Keywords： EFP penetration part; shaped liner; prefabricated fragments; AUTODYN; shell structure

特種能源成型干擾器（EFP）侵徹部是一種對裝甲防護(hù)目標(biāo)進(jìn)行干擾的侵徹部，具有抗外部影響、侵徹后效大的優(yōu)點[1]。EFP侵徹部利用高能特種能源爆轟時產(chǎn)生的高溫高壓能量轉(zhuǎn)化為藥型罩的動能和塑性變形能，將金屬的藥型罩鍛造成的高速EFP形狀，從而以EFP自身的動能作用在裝甲目標(biāo)上[2]。目前設(shè)計的EFP侵徹部大多僅關(guān)注對裝甲的干擾，對裝甲附近目標(biāo)的協(xié)同影響能力較為有限。通過在其侵徹部上添加預(yù)制破片，形成動能-預(yù)制破片復(fù)合侵徹部，增強(qiáng)其附帶干擾效果，提高干擾范圍和質(zhì)量[3]。動能-預(yù)制破片復(fù)合侵徹部是在不影響EFP成型的基礎(chǔ)上，將預(yù)制破片和EFP侵徹部這2種干擾元進(jìn)行融合，形成EFP動能干擾復(fù)合侵徹部，使其既能夠發(fā)揮EFP對裝甲的影響能力又能夠發(fā)揮預(yù)制破片對目標(biāo)的大面積干擾效果，達(dá)到增加裝藥利用率的同時擴(kuò)展其干擾效能的目的[4]。

本文基于AUTODYN有限元分析軟件對不同外形預(yù)制破片-EFP動能干擾復(fù)合侵徹部進(jìn)行數(shù)值模擬，研究殼體結(jié)構(gòu)和藥型罩外形對破片運動狀態(tài)和藥型罩變形情況的影響，為EFP動能干擾復(fù)合侵徹部開發(fā)提供殼體結(jié)構(gòu)和藥型罩外形設(shè)計的理論依據(jù)。

1 ?復(fù)合侵徹部結(jié)構(gòu)

1.1 ?復(fù)合侵徹部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

在EFP侵徹部中加入預(yù)制破片形成EFP動能干擾復(fù)合侵徹部，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可見，復(fù)合侵徹部的基本結(jié)構(gòu)一般由殼體、球形預(yù)制破片、內(nèi)襯、炸藥裝藥、起爆裝置和半球形藥型罩等基本結(jié)構(gòu)組成，殼體與內(nèi)襯為整體構(gòu)成，球形破片采用緊密排列的布局方式分布在殼體中[5]。球形破片之間注入低壓聚乙烯粘合，軸向布置18列，軸向52排，共936個。

1.2 ?復(fù)合侵徹部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

藥型罩形狀直接影響EFP形成的類型和速度，直接影響對裝甲目標(biāo)的干擾效果。傳統(tǒng)EFP的成型模式有向后翻轉(zhuǎn)型、向前壓攏型和壓垮型3種。其中，向后翻轉(zhuǎn)型更能有效利用特種能源的能量、形成結(jié)構(gòu)致密破甲效果優(yōu)良的EFP[6]，因此優(yōu)化后的藥型罩形狀采用能形成向后翻轉(zhuǎn)式EFP的球缺形，以替換傳統(tǒng)的半球形藥型罩。此外，EFP動能干擾復(fù)合侵徹部采用單點中心起爆方式，預(yù)制破片會向四周飛散，為控制預(yù)制破片的飛行方向，在基本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上對殼體的水平角度進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后的復(fù)合干擾侵徹部結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖2可見，優(yōu)化后的侵徹部相較于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，減少了侵徹部尾部預(yù)制破片的數(shù)量，產(chǎn)生的空間用4340鋼填充；同時在不改變侵徹部殼體厚度、減小殼體對預(yù)制破片抑制作用情況下，減小侵徹部的口部尺寸，殼體與水平方向分別呈-1°、-3°、-6°、-8°、-10°夾角，分別命名EFP-1、EFP-3、EFP-6、EFP-8、EFP-10，復(fù)合侵徹部外形總體呈錐形外貌。

2 ?數(shù)值模擬結(jié)果分析

2.1 ?模型建立及材料本構(gòu)模型

采用AUTODYN動力學(xué)分析軟件對EFP動能干擾復(fù)合侵徹部的成型過程進(jìn)行數(shù)值模擬，建立2D二分之一模型，采用默認(rèn)單位制：mm、ms、mg[7-8]。侵徹部數(shù)值仿真模擬采用歐拉-拉格朗日耦合算法，其中炸藥、內(nèi)襯、殼體、藥型罩是流體，采用歐拉算法；預(yù)制破片采用拉格朗日算法[9]。為減小殼體對預(yù)制破片飛散時的阻力，采用鋁合金（AL 2024）作為殼體；殼體底部和內(nèi)襯采用4340鋼（STEEL 4340）；藥型罩采用傳統(tǒng)的銅合金（COPPER）；為保證預(yù)制破片硬度，選擇密度較大的鎢合金（TUNG.ALLOY）；其相關(guān)參數(shù)見表1。復(fù)合侵徹部炸藥裝藥為COMP B型炸藥，與復(fù)合侵徹部相關(guān)的參數(shù)列于表2[10-11]。

2.2 ?侵徹部的EFP和預(yù)制破片作用動態(tài)

侵徹部的各個構(gòu)件在爆轟波沖擊作用下開始運動，殼體和內(nèi)襯受到?jīng)_擊發(fā)生破碎，預(yù)制破片在爆轟波的作用下向四周飛散，藥型罩變形形成EFP或普通桿式金屬射流[12]。

為描述預(yù)制破片和藥型罩的運動形態(tài)，分別對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)侵徹部和優(yōu)化結(jié)構(gòu)侵徹部在爆轟0.072 0 ms運動形態(tài)進(jìn)行仿真分析，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的半球形藥型罩在高溫高壓作用下呈流體狀態(tài)，形成高速運動的、不斷延伸的普通桿式金屬射流，并沒有形成破甲所需的高速EFP，預(yù)制破片則在X軸方向非聚集式發(fā)散分布，這將導(dǎo)致預(yù)制破片在接觸目標(biāo)前發(fā)生相互摩擦、碰撞的幾率增大，降低破片的干擾效果[13]；優(yōu)化結(jié)構(gòu)侵徹部的球缺形藥型罩在炸藥裝藥爆轟后，藥型罩頂部微元的軸向速度明顯大于底部微元的軸向速度，出現(xiàn)向后翻轉(zhuǎn)的成型模式；此時，罩殼中部超前，邊部遲后，并向?qū)ΨQ軸收攏，成為EFP的尾部，最終形成帶裙或帶尾翼的EFP；預(yù)制破片則形成聚集式發(fā)散分布。

2.3 ?侵徹部破片及EFP形成臨界速度

由于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)侵徹部沒有形成高速EFP，因此提取優(yōu)化結(jié)構(gòu)侵徹部藥型罩的速度和時間數(shù)據(jù)形成曲線，如圖4所示。由圖4可知，優(yōu)化后的5種侵徹部藥型罩的速度分別約為1 900、2 000、1 900、2 000和1 800 mm/ms，達(dá)到EFP成型速度1 500～3 000 mm/ms要求，因此優(yōu)化的球缺形藥型罩符合動能干擾復(fù)合侵徹部設(shè)計需求[14]。

預(yù)制破片的飛行速度也是衡量侵徹部干擾效果的影響因素之一[15]，由于爆轟波并不是同時作用在各個破片球上，起爆點間的距離不同，破片的速度也不相同，距離起爆點間距相同的破片其沿X軸方向的運動方向和速度是一致的，選取戰(zhàn)斗部口部前4組破片分析其X軸方向的運動速度，結(jié)果見表3。

由表3可以看出，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)侵徹部中預(yù)制破片的速度明顯小于優(yōu)化結(jié)構(gòu)侵徹部中預(yù)制破片的速度。對于優(yōu)化結(jié)構(gòu)戰(zhàn)斗部而言，預(yù)制破片的速度隨殼體與水平方向夾角增大而增加，其中夾角-8°～-10°預(yù)制破片的速度最大，能提高侵徹部的干擾效果。

3 ?結(jié)論

在傳統(tǒng)EFP侵徹部基礎(chǔ)上在殼體中增加預(yù)制破片，并對殼體與水平角度和藥型罩形態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，球缺形藥型罩有利于形成EFP，減小殼體與水平角度可增大預(yù)制破片沿X軸方向飛行速度，增強(qiáng)侵徹部的干擾效果。當(dāng)殼體與水平角度在-8°～-10°范圍內(nèi)，預(yù)制破片和形成的EFP速度最大。

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