串联战斗部中隔板顶角对后级装药影响的研究.pdf

第3 0 卷第1 期 爆破 V 0 1 ．3 0N 。．I 2 0 1 3 年3 月B L A S T D 4 G M a r ．2 0 1 3 _ _ _ ●_ _ l l ●_ _ ●●_ ●l ●●l ●■●●l _ - ●■_ _ I I II I I - I I _ ●- _ _ I I ■_ ●_ ● d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 3 ．0 1 ．0 0 9 串联战斗部中隔板顶角对后级装药影响的研究 李斌，苟瑞君，陈亚红，孙建兵 中北大学化工与环境学院，太原0 3 0 0 5 1 摘要 为了研究破一破型串联战斗部中隔板顶角对后级装药的影响，采用三维数值模拟的方法，研究了不 同顶角的隔板对后级爆炸成型弹丸 简称E F P 速度及成型的影响。研究发现隔板顶角对后级E F P 速度及 成型有较大影响隔板顶角越小其阻挡爆轰波的效果越差，对后级E F P 速度及成型影响越大；隔板顶角越大 越有利阻挡爆轰波，但顶角太大时不利于翻转会与后级E F P 发生碰撞，影响后级E F P 速度及成型。所以隔 板顶角存在一个最佳角度，在最佳角度范围内，隔板可以有效减小对后级E F P 速度及成型的影响；当隔板顶 角大于或者小于最佳角度时，隔板会对后级E F P 的速度及成型有较大影响。该研究结果可用于串联战斗部 结构设计。 关键词聚能装药；爆炸力学；隔板；爆轰波形；串联战斗 中图分类号T J 4 1 4文献标识码A 文章编号’1 0 0 l 一4 8 7 X 2 0 1 3 0 1 0 0 4 1 0 4 S t u d yo fS e p a r a t o rV e r t e xA n g l e 客E f f e c to nR e a r C h a r g ei nT r a v e l l i n gT a n d e mW a r h e a d ． L ／B i n ，G O UR u i - j u n ，C H E NY a - I l l o ，皤，S U NJ i a n b i n g S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n ga n dE n v i r o n m e n t ，N o r t hU n i v e r s i t yo fC h i n a ，T a i y u a n0 3 0 0 51 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt os t u d yt h ee f f e c to fs e p a r a t o r gv e r t e xa n g l et ot h er e a l “ c h a r g e ，at h r e ed i m e n s i o n a ln u m e r i c a ls i m u l a t i o nW a u s e dt os i m u l a t e dt h es p e e da n ds h a p eo fe x p l o s i o nf o r m i n gp r o j e c t i l e E F P i nd i f f e r e n ts e p a r a t o r v e r t e xa l l g l e ．R e s e a r c hs h o wt h a tt h es m a l l e rt h ev e r t e xa n g l eo fs e p a r a t o ri s ．t h ew o r s et h ee f f e c tt or e s i s td e t o n a t i o nw a v ea n dt h em o r ei n f l u e n c eo nt h eE F Ps p e e da n df o r m a t i o nw i l lb e ．T h eb i g g e rv e r t e xa n g l eo fs e p a r a t o rw a s m o r ec o n d u c t i v et or e s i s td e t o n a t i o nw a v e ，b u tw h i c hm a yg oa g a i n s tt ot h es e p a r a t o r t u r n ，a n de v e nc o n l l i d ew i t I I t h eE F P ．T h e r e f o r e ，t h e r ei sa l lo p t i m a la n g l ef o rt h es e p a r a t o rt or e d u c et h ee f f e c te f f i c i e n t l yo nt h es p e e da n dt h e f o r m a t i o no ft h er e a rE F P ．W h e nt h es e p a r a t o r gv e r t e xa n g l ee x c e e d e do rl e s st h a nt h eo p t i m a l 蚰g l e ，t h es e p a r a t o r w i l lm a k es i g n i f i c a n ti n f l u e n c eO i lt h es p e e da n df o r m a t i o no ft h er e a rE F P ． K e yw o r d s s h a p e dc h a r g e ；e x p l o s i o nm e c h a n i c s ；s e p a r a t o r ；d e t o n a t i o nw a v e ；t a n d e mw a r h e a d 串联战斗部中隔板的设计是战斗部设计的关键 技术之一，隔板设置得当可以通过改变爆轰波的传 收稿日期2 0 1 2 一l l 一0 2 作者简介李斌 1 9 7 9 一 ，男，在读硕士研究生，从事兵器安全技 术、串联战斗部结构设计研究， E m a i l s h a n x i l i b i n 1 6 3 ．c o n 。 通讯作者苟瑞君 1 9 6 8 一 ，女，教授、硕士生导师，从事武器系统对 抗技术、现代爆破技术、弹药工程、安全工程研究， E m a i l 朗z s h 1 6 3 ．c o r n 。 播方向 波形 ，以减小对后级装药的影响，若隔板 结构设计不当，则前级装药的爆轰波会对后级装药 产生破坏作用⋯。 在串联战斗部中加装隔板时前级装药起爆后爆 轰波对后级装药影响的研究中，李如江等人对隔板 对聚能射流性能影响进行了研究，研究得出隔板可 以将球面爆轰波形转变为凹锥形爆轰波，使爆轰波 相对于药型罩母线的人射角减小的结论【2J 。王成 万方数据 4 2爆破 2 0 1 3 年3 月 等人设计了一种两级装药问加装球缺形隔板的串联 战斗部，通过实验得出隔板对前级爆轰波起到到了 导向作用，它使绝大部分爆轰产物和冲击波向两侧 飞散，从而减小了对后级装药的影响的结论p 1 。王 树有等人在研究串联攻坚战斗部前级爆轰场对后级 装药的影响时，建立了一维冲击波传播理论分析模 型，用经验公式对爆轰波在隔板中的衰减进行了计 算，研究认为加装隔板可以保证后级装药不被殉 爆[ 4 ] 。然而，关于串联战斗部中隔板顶角对后级装 药的影响未见相关报道。研究采用A N S Y S L S D Y N A 软件，对隔板不同顶角时，隔板对后级E F P 速度 及成型进行了研究。 1 结构模型及材料参数 破一破型串联战斗部药柱高和直径均为 2 0m m 、药型罩直径2 0m m 、厚度为1m m ，战斗部装 药结构示意图如图1 所示。 后级装药隔板前级装药 图1 破一破型串联战斗部装药结构示意图 单位m m F i g ．1 S c h e m a t i cd i a g r a mo ft h ef o l l o w - t h r o u g h c h a r g eo ft a n d e mw a r h e a d u n i t m m 聚能装药为B 炸药，药型罩材料为紫铜，隔板 材料为泡沫铝。炸药模型采用高能炸药材料模型和 J W L 状态方程“ J ，材料参数见表1 。药型罩材料模 型为S T E I N B E R G 模型，状态方程为G R U N E I S E N F 方程陋】，材料参数见表2 。空气材料模型为N U L L ， 状态方程为L I N E A R P O L Y N O M I A L 方程J ，隔板的 材料模型为C R U S H A B L E F O A M 【8J ，材料参 数见表3 。 表1B 炸药参数 T a b l e1P a r a m e t e r so fc o m p o s i t i o nB 密度【爆速 D 滕肿∥肌参数A i g 堡 坐 堡￡垒 1 ．7 27 9 8 02 7 ．65 2 4 ．2 表2 药型罩紫铜材料参数 T a b l e2M a t e r i a lp a r a m e t e r so fc o p p e rl i n e r 密度p ／ 初始剪切屈服应力硬化系数硬化系数 g c m 一3 模量G o ／G P a 矿o ／M P a 卢 n 表3 隔板材料参数 T a b l e3M a t e r i a lp a r a m e t e r so fs e p a r a t o r 蘩熏_ 圈 后级装药药型罩隔板前级装药药型罩 图2 串联装药有限元模型 F i g ．2 F i n i t ee l e m e n tm o d e lo ft h ef o l l o w t h r o u g hc h a r g e 3 模拟结果及分析 从模拟结果得知在求解时间为8 0 斗s 时，E F P 的飞行速度趋于稳定，t ，，表示前级E F P 飞行稳定时 的头部速度，仉为表示后级E F P 飞行稳定时的头部 速度。 分别计算了隔板顶角分别为6 0 0 、9 0 0 、1 2 0 0 、 1 4 0 。时，前级装药对后级E F P 速度及成型的影响， 表4 为隔板顶角为不同顶角时t ，．、玑的计算结果。 图3 为隔板不同顶角时后级E F P 速度一时间历程 曲线，图4 为隔板不同顶角时后级E F P 在8 0 斗s 时 的成型图。图5 一图8 为爆轰波在1 0 “s 时的传播 位置。 万方数据 第3 0 卷第1 期 李斌，苟瑞君，陈亚红，等串联战斗部中隔板顶角对后级装药影响的研究4 3 表4 隔板不同顶角时q 、％的计算结果 T a b l e4C a l c u l a f i o nr e s u l t so f ∥．秘w i t hd i f f e r e n t D i a p h r a g mv e r t e xA n g l e ， 竺一／。m 1 二。m t 二速度差淼 序号顶角o 2 速度差 ⋯ 【堡s 婴 旦坌塑』整 16 0 1 5 5 81 3 1 42 4 41 6 2 9 01 5 5 81 4 2 91 2 98 31 2 0 1 5 5 81 4 3 11 2 78 41 4 0 1 5 5 81 2 6 12 2 91 9 二 、 l ∞ j ● 吕 3 釜 t | uS 图3 隔板不同顶角时后级E F P 速度一时间历程曲线 F i g ．3V e l o c i t y t i m eh i s t o r yc u r v eo fp o s t e r i o rE F Pa t d i f f e r e n ta p e xa n g l eo fs e p a r a t o r 顶角6 0 0顶角9 0 0顶角1 2 0 。 图4 隔板不同顶角时后级E F P F i g ．4 P o s t e r i o rE F Pm a p p i n ga t a p e xa n g l eo fs e p a r a t o r 图51 0 “时爆轰波传播 隔板顶角6 0 。 F i g ．5P r o p a g a t i o no fd e t o n a t i o nw a v e a t1 0 斗 a p e xa n g l e 6 0 。 一 舅 誓 ， 图61 0 肛时爆轰波传播 隔板顶角9 0 。 F i g ．6P r o p a g a t i o no fd e t o n a t i o nw a v e a t1 0 斗 a p e xa r i g l e 9 0 。 ■ 黎 夕 飞 I 誓r 罔81 0 时爆轰波传播 隔饭顶角1 4 0 。 F i g ．8P r o p a g a t i o no fd e t o n a t i o nw a v e a t1 0I x a p e xa n g l e 1 4 0 。 从表4 和图3 、图4 中可以看出，当隔板顶角在 6 0 0 、1 4 0 0 时玑比9 0 。、1 2 0 。时t ，，要小，E F P 头部变形 比9 0 0 、1 2 0 ．0 较大。这是因为当隔板顶角较小时隔 板阻隔爆轰波的面积较小，不能充分阻挡爆轰波的 传播。但是当隔板顶角过大时，虽然能有效地阻挡 爆轰波的传播，但是不利于隔板的翻转，这样隔板在 爆轰波作用下向后翻转的过程中与后级E F P 发生 了碰撞，影响了后E F P 的速度及成型。 从图5 ～图8 中可以看出在相同时刻 1 0 斗s 时 隔板顶角为6 0 。、9 0 0 、1 2 0 。、1 4 0 0 时，爆轰波传播 依次减小。由此可见隔板顶角越大，越有利于阻挡 爆轰波的传播。但是从图9 中可以看出，隔板顶角 为1 4 0 。时，在2 0 “s 时隔板未能充分翻转与后级 0●i●i ●飞0 气 ■、，■一 万方数据 爆破 2 0 1 3 年3 月 E F P 发生了碰撞，影响了后级E F P 的速度及成型。 因此，隔板顶角范围在9 0 。一1 2 0 。之间时，对后级 E F P 速度及成型影响较小。 图92 0 仙时爆轰波传播 隔板顶角1 4 0 度 F i g ．9P r o p a g a t i o no fd e t o n a t i o nw a v e a t2 0 斗 a p e xa n g l e 1 4 0 。 4 结论 通过以上综合分析可以得出如下结论 I 串联战斗部中隔板顶角对后级装药后较大 影响，隔板角度设计合理可以减小对后级E F P 速度 及成型的影响，设计不合理会降低后级E F P 速度影 响E F P 的成型。 2 隔板顶角越小其阻挡爆轰波的效果越差， 对后级E F P 速度及成型影响越大。隔板顶角越大 越有利阻挡爆轰波，但顶角太大时不利于翻转会与 后级E F P 发生碰撞，从而影响后级E F P 速度及 成型。 3 隔板顶角最佳角度9 0 0 ～1 2 0 0 之间。在这个 角度范围内，隔板可以有效减小对后级E F P 速度及 成型的影响。当隔板锥角小于6 0 。或大于1 4 0 。时对 后级E F P 速度及成型有较大影响。 4 该研究结果可为串联战斗部隔板设计提供 参考依据。 [ 2 ] [ 2 ] 参考文献 R e f e r e n c e s 李向东，钱建平，曹兵，等．弹药概论[ M ] ．出版社北 京国防工业出版社，2 0 0 4 ． 李如江，张晋红，王建波．隔板对聚能射流性能影响的 数值模拟[ J ] ．弹箭与制导学报，2 0 1 2 ，3 2 3 1 0 7 ．1 1 0 ． L IR u - j i a n g ，Z H A N GJ i n - h o n g ，W A N GJ i a n - b o ．N u m e r i c a l s i m u l a t i o no ft h ee f f e c to fw a r e - s h a p e ro ns h a p e dc h a r g e j e t ’sp r e f o r m a n c e [ J ] ．J o u m a lo fP r o j e c t i l e sR o c k e t s M i s s i l e sa n dG u i d a n c e ，2 0 1 2 ，3 2 3 1 0 7 - l l O ． i nC h i n e s e [ 3 ]王成，恽寿榕，黄风雷．同口径破- 破型串联装药战斗 部的试验研究[ J ] ．弹箭与制导学报，2 0 0 2 ，2 2 2 3 1 - 3 4 ． 、 [ 3 ] W A N GC h e n g ，Y U NS h o u - r e n g ，H U A N GF e n g l e i ．E e p e r i m e n ts t u a yo nt h ef o r w a r dc h a r g eb l a s te f f e c to nt h ef o l l o w - t h r o u s hc h a r g eo ft a n d e mw a r h e a d [ J ] ．J o u r n a lo fP r o j e c t i l e sR o c k e t sM i s s i l e sa n dG u i d a n c e ，2 0 0 2 ，2 2 2 3 1 3 4 ．fi nC h i n e s e [ 4 ]王树有，陈惠武，赵有守．串联攻坚战斗部前级爆轰场 对后级影响分析[ J ] ．火炸药学报，2 0 0 6 ，2 9 2 4 - 6 ． [ 4 ] W A N GS h u - y o u ，C H E NH u i - w u ，Z H A OY o u - s h o u ．A n a l y s i so ff o l l o w i n gp r o j e c t i l ee f f e c tb yp r e c u r s o r yc h a r g eo f t a n d e mw a r h e a d [ J ] ．C h i n e s eJ o u r n a lo fE x p l o s i v e s ＆P r o - p e l l a n t s ，2 0 0 6 ，2 9 2 4 6 ． i nC h i n e s e [ 5 ]曾必强，姜春兰．严翰新，等．串联攻坚战斗部前级爆 轰场对随进弹随进影响分析[ J ] ．兵工学报，2 0 1 0 ， 3 1 4 1 6 2 ．1 6 6 ． [ 5 ] Z E N GB i - q i a n g ，J i a n gC h u n l a n ，Y a nH a n x i n ，e ta 1 ．A - n a l y s i so fe f f e c to fp r e e u i s o r yd e t o n a t i o nf i e l do np r o j e c t i l e f o l l o w i n gc o u r s ei nt a n d e mw a r h e a d [ J ] ．A e t aA r m a m e n ． t a r l l ，2 0 1 0 ，3 1 4 1 6 2 - 1 6 6 ． i nC h i n e s e [ 6 ] 时党勇，李裕春，张胜民．基于A N S Y S ／L S D Y N A 8 ．I 进行显式动力学分析[ M ] ．北京清华大学出版 社。2 0 0 5 ． [ 7 ] 李裕春，时党勇．A N S Y S I O ．0L S D Y N A 基础理论与 工程实践[ M ] ．北京中国水利水电出版社，2 0 0 6 ． [ 8 ]王永刚，胡时胜，王礼立．爆炸载荷下泡沫铝材料中冲 击波衰减特性的实验和数值模拟研究[ J ] ．爆炸与冲 击，2 0 0 3 ，1 1 6 5 1 6 - 5 2 1 ． [ 8 ] W A N GY o n g g a n g ，H US h i ．s h e n g ，W A N GL i ．1 i ．S h o c ka t ． t e n u a t i o ni na l u m i n u mf o a m su n d e re x p l o s i o nl o a d i n g [ J ] ． E x p l o s i o na n dS h o c kW a v e s ，2 0 0 3 ，1 1 6 5 1 6 - 5 2 1 ． i n C h i n e s e 万方数据