V型夾層炸藥干擾桿式侵徹體的影響因素研究*

高學浩，王鳳英，劉天生，薛小秀

（1中北大學化工與環(huán)境學院，太原030051;2山西江陽化工有限公司，太原 030041）

0 引言

爆炸式反應裝甲以其體積小、重量輕、成本較低等優(yōu)點，在現代裝甲車輛的防護中被廣泛應用［1］。V型夾層炸藥是爆炸式反應裝甲常用的基本結構之一［2－3］。

目前，關于爆炸反應裝甲干擾桿式侵徹體的研究大多集中于單個平板夾層炸藥，如李小笠等［4－5］提出長桿彈與爆炸式反應裝甲平板飛散干擾模型，李向東等［6］分析平板夾層炸藥干擾桿式侵徹體的影響因素。但針對V型夾層炸藥干擾桿式侵徹體的研究還較少。因此文中研究運用數值模擬軟件LS-DYNA模擬V型爆炸式反應裝甲干擾桿式侵徹體的過程，分析入射角θ、兩平板夾層炸藥距離H1、V型夾層炸藥距主裝甲距離H2等因素對V型爆炸式反應裝甲干擾桿式侵徹體的影響。

1 計算模型

1.1 模型的基本結構

圖1 V型爆炸爆炸式反應裝甲基本結構圖

如圖1所示，單元一為傾斜放置的平板夾層炸藥，傾斜角度為10°;單元二為水平放置的平板夾層炸藥;θ是桿式侵徹體的入射角;H1是兩平板夾層炸藥距離;H2是V型夾層炸藥距主裝甲距離。

1.2 材料模型及參數

根據圖1建立二分之一模型，桿式侵徹體長取64 mm，直徑為8 mm，頭部為半球型，初始速度為1 700 m/s。上、下飛板長為80 mm，寬 40 mm，厚度3 mm。炸藥長80 mm，寬40 mm，厚度2 mm。為節(jié)省計算量，主裝甲采用主靶與輔助靶相結合的方法。

上、下飛板、桿式侵徹體、主靶、輔助靶均為45#鋼，采用Johnson-Cook模型和 Gruneisen狀態(tài)方程來描述，其主要材料參數為:ρ=7.83 g/cm3，G=77 GPa，PA=0.792 GPa，PB=0.51 GPa，C=0.456 9，S1=1.49，γ0=2.17。夾層炸藥為軍用B炸藥，采用 Elastic_Plastic_Hydro模型和Gnition_Growth_of_Reaction_In_He狀態(tài)方程來描述，其主要材料參數為:ρ0=1.712 g/cm3，G=3.54 GPa，r1=778.1 GPa，r2= － 0.05 GPa，a=524.2 GPa，b=7.678 GPa。空氣采用 Null模型和 Gruneisen狀態(tài)方程，其主要材料參數為:ρ=0.001 293 g/cm3，C4=C5=0.4，C1=C2=C3=C6=0。

2 計算結果及分析

2.1 入射角的影響

首先計算桿式侵徹體在無V型夾層炸藥下，θ從0°到60°不同的侵徹穿深P1。然后將V型夾層炸藥按H1=7 mm、H2=8 mm進行放置，計算θ從0°到60°的不同侵徹穿深P2，如表1所示。

表1 不同θ所對應的P1、P2及ξ

ξ表示穿深減少率。由表1可看出，當θ在0°到55°時，ξ隨著θ的增加而增加;當θ達到60°時，ξ突然躍升。

當θ增加時，桿式侵徹體相對于單元一、單元二的入射角都會增加，兩單元的干擾作用都會增強，使桿式侵徹體侵徹主靶前，彎曲角度增加，長度變短。如圖2所示，α為彎曲角度，L為桿式侵徹體長度。當θ=15°時，α1=2°，L1=45.1 mm;當 θ=45°時，α2=5°，L2=41.6 mm;當θ=60°時，α3=18°，L3=41 mm。所以當θ從0°增加55°時，ξ不斷增強;當θ=60°時，由于桿式侵徹體嚴重彎曲，桿式侵徹體出現跳彈現象，導致ξ突然躍，如圖3所示。

圖2 θ=15°、θ=45°、θ=60°時，侵徹主靶前桿式侵徹體的彎曲角度和長度

圖3 θ=60°時，桿式侵徹體出現跳彈現象

2.2 兩平板夾層炸藥距離

將V型夾層炸藥按H2=8 mm進行放置，入射角θ=40°，計算桿式侵徹體在H1從0mm到37 mm變化時的不同侵徹穿深P3，如表2所示。

表2 不同H1對應的P3

由表2可知，隨著H1不斷增加，P3先下降，然后又增加。

定義桿式侵徹體與單元一下飛板開始接觸時，單元一下飛板與單元二上飛板之間的距離為H3。當H1從0mm增至11mm的過程中，H3不斷增加，使單元一與侵徹體單獨作用時間增加，使桿式侵徹體侵徹主靶前，彎曲角度增加，長度變短，彈體損壞程度增加，P3下降。如圖4所示，Dmin為桿式侵徹體侵徹主靶前的最小直徑。當H1=5 mm時，α4=3°，L4=41.8mm，Dmin=7.75 mm，損壞程度較輕;當 H1=5 mm 時，α5=5°，L4=40.8 mm，Dmin=7.1 mm，損壞程度較嚴重，多處被飛板嚴重切割。

圖4 H1=5 mm與H1=11 mm時的H3對比及侵徹主靶前侵徹體的彎曲角度、長度、最小直徑、損壞程度

但隨著H1繼續(xù)增加，單元一下飛板對桿式侵徹體的作用力方向發(fā)生改變，使侵徹體的頭部變銳，入射角變小，侵徹能力增強，P3上升。如圖5所示，當H1=37 mm時，桿式侵徹體的頭部嚴重變銳，θ從40°減少到 34.6°。

圖5 H1=37 mm時，單元一下飛板的反向切割作用力及侵徹主靶前的侵徹體

2.3 V型夾層炸藥距主裝甲距離

將V型夾層炸藥按H1=7 mm進行放置，入射角θ=40°，計算桿式侵徹體在H2從0 mm到32 mm變化時的不同的侵徹穿深P4，如表3所示。

表3 不同H2對應的P4

從表3可知，隨著H2不斷增加，P4先保持不變，然后出現輕微下降，最后保持不變。

當H2在0 mm與4mm之間時，由于距離較短，單元二下飛板未發(fā)生切割作用就已經撞擊到主裝甲上，所以H2的增加對干擾作用造成影響，P4保持不變，如圖6所示。當H2在6mm與12mm之間時，桿式侵徹體與單元二下飛板發(fā)生切割作用，并且隨著H2增加，切割作用有所加強，P4下降，干擾作用增強。當H2大于12 mm，但由于入射角等因素影響，侵徹體在單元二下飛板上的著彈點靠近邊緣處，單元二下飛板與侵徹體切割作用距離太短，發(fā)生作用后就迅速分離。所以即使繼續(xù)增加H2，單元二下飛板切割作用也不會增加。如圖7所示，H2=18 mm與H2=32 mm時，單元二下飛板切割作用距離S相同，均為11.5 mm。所以，P4保持不變，干擾作用保持不變。

圖6 H2=4 mm，單元二下飛板未發(fā)生切割作用

圖7 H2=18 mm與H2=32 mm時單元二下飛板切割作用距離相同

3 結論

1）隨著θ不斷增加，桿式侵徹體侵徹主靶前的彎曲角度增加，長度變短，V型夾層炸藥的干擾作用不斷加強;當θ=60°時，桿式侵徹體嚴重彎曲，出現跳彈現象，干擾作用突然躍升。

2）隨著H1不斷增加，單元一與侵徹體單獨作用時間增加，導致彎曲角度增加，長度變短，侵徹體損壞程度增加，V型夾層炸藥干擾作用增強;然而當H1大于11 mm時，單元一下飛板的作用力方向改變，使侵徹體的頭部變銳，入射角變小，干擾作用又下降。

3）當H2在0mm與4mm之間時，由于距離較短，單元二下飛板未發(fā)生切割作用就已經撞擊到主裝甲上，V型夾層炸藥的干擾作用不變。當H2在6 mm與12 mm之間時，桿式侵徹體與單元二下飛板發(fā)生切割作用，干擾作用增強。當H2大于12mm，單元二下飛板切割作用距離太短，切割作用不再隨H2增加而增加，干擾作用不變。

［1］王鳳英.裝甲防護技術的發(fā)展［J］.測試技術學報，2002（2）:144－147.

［2］焦麗娟.新型反應裝甲技術研究［D］.太原.華北工學院，2001.

［3］毛東方，李向東，宋柳麗.V型夾層炸藥對射流干擾的數值模擬［J］.爆炸與沖擊，2008，28（1）:86 －91.

［4］李小笠，趙國志，杜忠華.爆炸式反應裝甲對長桿體侵徹的干擾作用［J］.彈道學報，2006，18（3）:74 －78.

［5］李小笠，趙國志，沈培輝，等.長桿彈與爆炸式反應裝甲平板飛散干擾模型［J］.彈箭與制導學報，2003，23（2）:143－147.

［6］李向東，楊亞東，蘭志.平板夾層炸藥對桿式侵徹體干擾的影響因素［J］.彈道學報，2010，22（3）:68－72.