橢球型藥型罩EFP 戰斗部成型仿真研究

樊兵凱，崔瀚

（沈陽工學院能源與水利學院，遼寧撫順，113122）

0 引言

聚能裝藥是一種廣泛應用于軍事和民用領域的一項技術，根據選用藥型罩結構的不同，可以產生聚能射流（JET）、聚能桿式射流（JPC）和爆炸成型彈丸（EFP），其中EFP 具有對炸高不敏感、具有一定的長徑比以及侵徹后效大等優點，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用。

藥型罩是聚能裝藥形成毀傷元的核心結構，EFP 的成型與藥型罩結構密切相關。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構進行EFP 成型研究。橢球型作為一種新型藥型罩結構，對其形成EFP 侵徹體的研究較少，因此對橢球形藥型罩形成EFP 的仿真研究對聚能裝藥的發展具有一定的意義。針對橢球形藥型罩EFP 成型的過程進行仿真研究，相對傳統球缺型結構藥型罩形成的EFP 侵徹體威力有所提升的橢球形藥型罩結構，為新結構聚能裝藥戰斗部的研究提供理論依據。

1 模型建立

橢球形聚能裝藥結構如圖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 為裝藥長度，B 為橢球形藥型罩短軸長度。圖1 尺寸D=40mm；H=48mm；t=1mm；T=1mm；B=8mm。

圖1 聚能裝藥戰斗部結構圖

ANSYS AUTODYN 作為顯示動力學分析軟件，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行流固耦合運算。

計算中有四個零件分別為空氣、藥型罩、炸藥、殼體，材料參數如表1 所示。

表1 材料選擇及其屬性

由于整體設計結構為回轉體，為節省計算時間，采用2d沿X 軸對稱建模。

起爆方式為炸藥底部中心單點起爆。為獲得藥型罩成型后頭部速度數據及分析成型規律。添加動態觀察點，動態觀察點可以附著在材料網格上，并隨材料形變而運動，獲得點位的速度，如圖2 所示。

圖2 加入動態高斯點

2 實驗數據分析

彈丸成型過程分為三段。第一階段藥型罩翻轉過程。0-0.0078ms 藥型罩中部首先受爆轟波作用翻轉至平面；第二階段翻轉過程0.0078-0.025ms，此階段藥型罩向前翻轉，結構向軸線聚攏逐步形成EFP 結構，并在爆轟波作用下長徑比逐漸加大；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

在此采用單因素實驗，改變藥型罩短軸長度B 與藥型罩壁厚T 兩個自變量參數進行仿真實驗，研究橢球型藥型罩的成型規律。

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

2.1 改變藥型罩厚度T 實驗

第一組試驗我們采用只改變藥型罩厚度T，不改變裝藥長度H 和藥型罩短軸長度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 行五次實驗。結果如表2 所示。

實驗1-5 彈丸成型后結構依次如圖4 所示。

圖4 第一組實驗成型結構組圖

實驗5 相對于實驗4 的長徑比為減小原因為，成型過程中尾裙拉斷失去質量較多，藥型罩利用率較低,導致長徑比縮短。

由以上數據可知，在逐漸減小藥型罩厚度時，彈丸長徑比與藥型罩厚度成反比且彈丸穩定速度與藥型罩厚度成反比。

2.2 只改變藥型罩短軸長B 實驗

第二組實驗改變藥型罩短軸長度B，分別為5mm，8mm，10mm，11mm，12mm,其 中T=1mm；D=40；H=48mm；t=1mm 為固定值，即以實驗3 為基礎只改變藥型罩藥型罩短軸長B。

進行4 次實驗仿真結果如表3 所示。

由上表數據分析得隨著藥型罩軸向長B 增大，EFP 長徑比逐漸增大，彈丸穩定速度略有降低。

3 結論

在實驗數據范圍內藥型罩厚度T 與efp 長徑比、彈丸穩定速度成負相關；藥型罩軸向長度B 與efp 長徑比成正相關，與彈丸穩定速度成負相關。

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