压环是爆炸成型弹丸(Explosively Formed Projectile,EFP)装药结构中紧固装药和药型罩不可缺少的部件。为研究其在爆炸驱动过程中对药型罩形成EFP特征的影响,选取典型球缺型紫铜药型罩基准装药结构,采用有限元分析软件的拉格朗日、任意拉格朗日-欧拉、光滑粒子流法(Smooth Particle Hydrodynamics,SPH)及有限元法(Finite Element Method,FEM)-SPH自适应耦合等算法分别建模和仿真计算,对各算法计算获得的EFP速度和形态特征与脉冲X光摄影拍摄的EFP图像进行对比,采用FEM-SPH算法获得高精度的EFP成型仿真结果。针对该基准装药结构,在压环与药型罩质量比M_(R)/M_(L)≤0.2范围,进行矩形及非矩形压环参数(如轴向、径向厚度及截面形状)和材料对EFP初速、质量转换比、长径比和气动特性(密实度及迎风面积)参数影响的仿真计算。研究结果表明:矩形截面压环的轴向、径向厚度及材料参数对EFP初速影响在3%以内;对EFP质量转换比呈递减趋势(最大可降低12.6%);对EFP长径比呈递减趋势(最大可降低19.2%);密实度呈递增趋势,钢环较无压环,EFP的密实度提高32.6%;迎风面积呈递减趋势。以上结果表明考虑压环有利于EFP翻转成型和形成更密实的杆式EFP,并减小其迎风阻力。所得研究结果可为EFP装药结构的优化设计提供指导。
爆炸成型弹丸(explosively formed projectiles,EFP)的飞行稳定性直接决定弹丸撞靶的姿态、速度和密集度,进而影响EFP的侵彻性能。为了提升高超音速(Ma=4~7)EFP的侵彻威力,综述目前EFP的构型及飞行稳定性,建立了大长径比尾裙和褶皱尾翼EFP模型;构建并验证了EFP高超音速气动参数的数值计算方法。分析了尾翼式EFP的结构参数(齿根高、齿宽、实心率)对升阻力、压心和飞行稳定性等的影响规律,研究了结构不对称程度和滚转运动对尾裙和尾翼式EFP静态气动参数的影响规律。在此基础上,建立并验证了EFP飞行动力学微分方程,分析了结构非对称和滚转运动对弹道径向偏移量的影响;研究了药型罩材质对球形、尾裙式、尾翼式EFP长距离飞行速度降的影响,定量分析了飞行稳定性对EFP存速能力的影响。研究表明:常规尾翼弹飞行稳定性判据仍适用于EFP高超音速空气弹道;通过斜置褶皱尾翼产生较低速的滚转运动,可以显著提高非对称结构EFP的空气弹道密集度;优化后的尾翼式EFP在飞行稳定性良好的同时,具有优异的存速能力,可为高侵彻威力EFP战斗部成型设计提供一个标准构型参考。
为研究靶板材料性能对爆炸成型弹丸(Explosively Formed Projectile,EFP)侵彻靶后破片特性的影响,开展EFP侵彻不同材料靶板(Q235钢、45号钢、装甲钢、2A12铝)后效破片特性试验,采用X光摄影方法观测靶后破片云形态及膨胀尺寸,通过布置多层纤维板获得破片散布特性,并对靶后破片进行回收。研究结果表明:在靶板密度一定的情况下,靶板强度主要影响破片云轴向膨胀能力,对径向膨胀能力影响很小;靶后破片环形毁伤区的飞散角位于20°~25°范围内差别不大,但是靶板背面出口崩落会造成靶后破片飞散角出现极大值,随着钢靶强度的增大,靶后破片径向散布增强,破片总数减小,但是大质量段钢破片数量增多;不同强度钢靶产生的钢破片平均尺寸满足Kipp等提出的基于材料流动应力的碎片尺寸模型。
为了提高聚能战斗部对水中目标的毁伤威力,提出形成串联爆炸成型弹丸(Explosively Formed Projectile,EFP)的组合药型罩战斗部结构。利用平板抛掷和圆筒压垮公式建立组合药型罩EFP速度分析模型,并使用AUTODYN-2D软件对EFP成型和入水毁伤过程进行数值模拟,研究组合药型罩结构参数对串联EFP成型的影响,证明其在水中高效的侵彻性能。研究结果表明:理论与数值模拟计算得到的EFP速度基本吻合,最大误差不超过10%;组合药型罩分离形成串联EFP是由于内外罩不同的材料和结构组合使罩微元从接触面处开始形成较大的速度差所引起的;随着内罩直径的增大,内外罩形成的EFP速度同时减小,长径比分别增大与减小;单独增大内外罩外曲率半径与罩顶壁厚,对应罩成型的EFP性能变化规律和单一药型罩相同,但另一罩成型EFP的长径比均减小或分别减小与增大,速度变化幅度较小;组合药型罩串联EFP侵彻4倍装药直径的水后,动能衰减率较双层药型罩降低21.55%,剩余速度提高5.77%,且随着侵彻距离的增加该差距进一步扩大。
