大炸高下破甲弹的侵彻性能研究.pdf

2 0 1 3 年2 月大炸高下破甲弹的侵彻性能研究朱绪强等 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 8 3 5 2 ．2 0 1 3 ．0 1 ．0 1 3 大炸高下破甲弹的侵彻性能研究4 朱绪强①②成一①李德才②脱金奎② 高堂正② 张焱② D 南京理工大学化工学院 江苏南京，2 1 0 0 9 4 ②黑龙江北方工具有限公司 黑龙江牡丹江，1 5 7 0 0 0 [ 摘要]为研究大炸高下破甲弹对装甲目标的侵彻情况，运用A U T O D Y N - 2 D 软件对大炸高下破甲弹均质靶和 单层间隔穿深进行了数值模拟研究，仿真结果与均质靶、单层间隔靶实验吻合较好，证明使用仿真模拟方法可以指 导破甲弹设计。单层间隔靶、多层间隔靶试验表明，1 ．7 8 m 以上炸高下破甲弹侵彻深度波动变大，在距离轻型装甲 目标5m 内作用，小口径破甲弹能对目标产生足够威胁。 [ 关键词]破甲弹炸高数值模拟均质靶单层间隔靶多层间隔靶 [ 分类号] T J 4 1T Q 5 6 0 ．7 引言 炸高指聚能装药在爆炸瞬间，药型罩的底端面 至目标表面的距离。炸高对破甲威力的影响可以从 两方面来分析一方面炸高的增加有利于射流充分 伸长，从而破甲深度增加；另一方面随着炸高增加， 射流不稳定性增加，延伸到一定程度后出现断裂，反 而使破甲深度降低【1 圳。目前，各国装甲车辆一般都 要求能防R P G _ 7 火箭弹，其常用技术手段是采用 护板、间隙装甲、复合装甲、反应装甲、栅格装甲。例 如，“布雷德利”步兵战车间隙装甲最外层是6 ．3 5 m m 的钢装甲，第二层为2 5 ．4m m 的间隙，第三层为 6 ．3 5a m 的钢装甲，第四层8 8 ．9m m 的间隙，最后 一层为2 5 ．4m m 的铝装甲背板，总厚度1 5 2 ．4m m ， 其中钢装甲总厚度为1 2 ．7m m ，铝装甲厚度为2 5 ．4 m m 。这些装甲防破甲弹的主要作用原理一是使射 流断裂，二是使破甲弹提前爆炸，即炸高变大，利用 空隙拉长甚至拉断射流，从而达到减小破甲弹毁伤 效果的目的。为研究小口径破甲弹对具有间隙装 甲、栅格装甲防御手段装甲车辆的毁伤效果，本文进 行了某破甲弹大炸高下对装甲目标的毁伤效果研 究。 1 侵彻能力仿真 使用A u ’r o D Y N 2 D 软件对射流形成及装甲 侵彻进行了仿真模拟，根据诸多文献证实，仿真计算 可以较好地模拟实际试验，有效降低试验消耗[ 5 。0 | 。 1 ．1 战斗部及靶块参数 破甲弹直径为8 0m m ，炸药为8 7 0 1 ，装药量为 6 5 0g ，装药密度为1 ．7 2g ／c m 3 ；药型罩为双锥药型 罩，药型罩材料为紫铜；弹体及风帽材料为7 A 0 4 铝。目标靶块为直径1 1 0m l T l4 5 号钢。 1 ．2 参数设置 计算中炸药装药模型为高能炸药爆轰模型 H i g hE x p l o s i v e sB u m ，状态方程为J W L 方程。参 数取值如表1 所示。对金属材料变形行为采用了 J o h n s o n C o o kG r u n e i s e n 方程进行描述。药型罩、靶 板及隔板材料参数取值旧1 如表2 。 表1 炸药参数 T a b ．1T h ep r o p e r t i e so fe x p l o s i v e s 表2 战斗部与靶板参数 T a b ．2T h ep r o p e r t i e so fw a r h e a da n dt a r g e t } 收稿日期2 0 1 2 ．1 0 - 2 8 作者简介朱绪强 1 9 8 0 ～ ，男，博士生，工程师，主要从事弹药设计。E - m a i l z h u x u q i a n g 1 6 3 ，c o r n 通信作者成一 1 9 5 2 一 ，男，博导，教授，主要从事火工技术的研究。E - m a i l c h e n g y i 2 0 y a h o o ．c o r n ．c n 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 2 卷第1 期 1 ．3 计算结果 破甲弹在某炸高条件下对厚装甲的侵彻能力试 验称为均质靶试验，单层间隔靶反映了破甲弹对有 护板装甲目标的侵彻能力。均质靶试验设计炸高 2 0 0 m m ；单层间隔靶试验布靶情况为1 8 0 m m 炸高， 6l Y l l nA 3 钢板，1 ．6m 间隙，5 0 0m m4 5 号钢靶板。 均质靶射流形成及侵彻见图1 ，计算结果为穿深6 1 5 i n i n ，仿真显示射流连续侵彻靶板，没有断裂现象。 单层间隔靶射流形成及侵彻见图2 ，计算结果为穿 深3 2 5m i l l ，其侵彻深度约为均质靶试验的5 2 ．8 ％。 射流侵彻单层间隔靶主靶板后形状如图3 。 图1射流形成及均质靶侵彻 F i g ．1 F o r m a t i o no fj e ta n dp e n e t r a t i o nt o h o m o g e n e o u st a r g e t 0 ‘“ ”飞 ＼～。， ， ／ 即，一f 图2 射流形成及单层间隔靶侵彻 F i g ．2 F o r m a t i o no fj e ta n dp e n e t r a t i o nt os i n g l e l a y e rs p a c et a r g e t 兰 图3单层间隔靶侵彻后主靶板射流 F i g ．3 J e t a f t e rp e n e t r a t i o nt os i n g l el a y e r s p a c et a r g e t 2 试验 2 ．1 均质靶试验 设计炸高2 0 0m m ，药柱对4 5 号钢破甲数据如 表3 。射流人口直径在2 7m l n 左右，基本是规则圆 孔，人口处产生横贯半端面的裂纹，裂纹沿4 5 号钢 棒长度方向，长度不大于1 0 0m l n ，典型均质靶侵彻 效果如图4 。 2 ．2 单层间隔靶 布靶情况为1 8 0m m 炸高，6m mA 3 钢板，1 ．6 表3 均质靶试验 T a b ．3T e s to fh o m o g e n e o u st a r g e t 图4 均质靶侵彻 F i g ．4 P e n e t r a t i o nt oh o m o g e n e o u st a r g e t m 间隙，5 0 0r a i n4 5 号钢靶板。射流穿透6m mA 3 钢板后，对4 5 钢主靶板的侵彻尺寸见表4 ，此时的 出口直径均为8 m m 。典型单层间隔靶侵彻效果如 图5 。射流入口一般是椭圆孔，第1 块主靶板出口 及后续靶块射流出入口均为圆孔，断裂射流、杵体、 间隔靶破片在主靶板上留下多处浅坑，图5 中的主 靶板下方放置的是药型罩杵体，杵体由于撞击靶板 变为扁形。 袁4 主靶板侵彻数据 T a b ．4D a t ao fp e n e t r a t i o nt om a j o r t a r g e t 图5 单层问隔靶侵彻 F i g ．5 P e n e t r a t i o nt os i n g l el a y e rs p a c et a r g e t 2 ．3 多层间隔靶 多层间隔靶试验反映了破甲弹对多层间隙装甲 妖p 万方数据 2 0 1 3 年2 月大炸高下破甲弹的侵彻性能研究朱绪强等 4 9 的侵彻能力。间隔靶布靶示意图见图6 单位为 m i l l ，共1 1 层靶板，靶板采用A 3 钢材料，靶板厚度 为1 6 ．0m l n ，第1 层靶板和第2 层靶板间隔较大，空 隙为1 4 0 ．O m m ，第2 层以后2 层靶板间距为7 2 ．5 m m o {古扭坩{{ 图6 多层间隔靶布靶不意图 F i g ．6 S c h e m a t i cd i a g r a mo fm u l t i l a y e rs p a c e t a r g e t sa r r a n g e m e n t 第1 张靶板上典型射流入孔形状见图7 ，后续 典型靶板的射流人孔形状见图8 。射流对多层间隔 靶的侵彻层数见表5 ，根据表5 作炸高与侵彻靶板 层数关系曲线图，如图9 。 图7 第1 张靶板上典型入孔形状 F i g ．7T y p i c a lp e r f o r a t i o n so nt h ef i r s tt a r g e t 妒一岬汀呵 卜未牝蠹 图8 第7 、第9 张靶板上入孔形状 F i g ．8 P e r f o r a t i o n so nt h es e v e n t ht a r g e t a n dt h en i n t ht a r g e t 2 ．4 讨论 由试验数据可以看出，该战斗部2 0 0m m 炸高 对均质靶穿深可达8 ．3 倍装药口径，极差只有 1 8 r a m ，穿深稳定性好，射流人孔尺寸均匀，可靠性 高。试验结果与仿真模拟计算结果相近。 该战斗部对单层间隔靶穿深可达4 ．7 倍装药口 径，极差1 9 4 m m ，穿深跳动比例达5 4 ．2 ％，稳定性 表5 射流侵彻多层间隔靶试验 T a b ．5T e s to fp e n e t r a t i o nt om u l t i l a y e r s p a c et a r g e t s 炸焉，m 图9 炸高对间隔靶侵彻靶板层数影响 F i g ．9 E f f e c t u r v eo fs t a n d o f fo np e n e t r a t i o nt o m u l t i l a y e rs p a c et a I ．g e t s 不好；射流入孔基本为椭圆孔，平均尺寸为2 7m m 1 9 r a m ，出孔及后续主靶板出人口为圆孔，直径为8 m m 。说明该战斗部大炸高下破甲稳定性急剧下降， 另一方面也说明护板对破甲弹防护效果颇佳，可以 有效降低破甲弹作用效果。试验结果与仿真模拟计 算结果相近，该仿真模拟方法可以指导破甲弹设计。 由图7 和图8 可见，1m 以上炸高下射流被拉 断成近似相连的数段，并因为自身旋转及断裂的原 因，断裂射流逐渐发生偏移，形成近似相连的靶上穿 孔。随炸高由1m 增大到5m ，该战斗部对多层间 隔靶穿深由1 0 ．5 层钢板减小到4 ．0 层钢板，可以看 出炸高对破甲弹作用效果影响很大，其关系基本呈 线性。炸高3m 以内对多层间隔靶作用稳定性尚 好，lm 炸高2 发穿深差1 ．0 层钢板，2m 炸高2 发 穿深差1 ．5 层钢板，3m 炸高2 发穿深差1 ．0 层钢 板，穿深跳动比例在2 0 ．7 ％以内；炸高4m 以上对 多层间隔靶作用稳定性很差，4m 炸高3 发穿深差 万方数据 5 0 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 2 卷第1 期 3 ．0 层钢板，5 ．0i n 炸高2 发穿深差2 ．0 层钢板，穿 深跳动比例达到5 0 ％以上。炸高5 m 穿深最低，仍 有3 ．0 层钢板，说明该战斗部距离间隙装甲、栅格装 甲轻型车辆5I n 内作用都有足够毁伤威力。 3 结论 通过试验、仿真及分析，得出以下结论 1 设计的仿真模拟方法可以指导破甲弹设计。 2 1 ．7 8I n 以上大炸高情况下破甲弹侵彻深度 波动较大，稳定性不好，尤其是在炸高达到4 ．0 0 m 以上时。 3 在距离轻型装甲目标5I n 内作用，小口径破 甲弹能对目标产生足够威胁。 参考文献 [ 1 ]王儒策，赵国志．弹丸终点效应[ M ] ．北京北京理工 大学出版社，1 9 9 3 2 7 3 - 2 7 4 ． W a n gR u c e ，Z h a oG u o z h i ．T h et e r m i n a le f f e c t so fp r o j e c t i l e [ M ] ．B e i j i n g B e i j i n gI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g yP r e s s ， 1 9 9 3 2 7 3 - 2 7 4 ． [ 2 ]高森烈．炸高对破甲深度影响的实验研究[ cJ ／／破甲 技术文集．北京国防工业出版社，1 9 8 2 2 8 - 3 7 ． G a oS e n l i e ．E x p e r i m e n t a ls t u d yo ne f f e c to fs t a n d o f fd i s t a n c eo np e n e - t r a t i o nd e p t h [ C ] ／／H E A TT e c h n o l o g y ． B e i j i n g N a t i o n a lD e f e n s eI n d u s t r yP r e s s ，1 9 8 2 2 8 3 7 ． [ 3 ]张元军，李四川，彭小明．破甲战斗部的炸高设计和制 造工艺[ J ] ．四川兵工学报，2 0 0 9 ，3 0 1 2 1 2 4 1 2 5 ． Z h a n gY u a n j u n ，L iS i c h u a n ，P e n gX i a o m i n g ．S h a p e d c h a r g ej e tw a r h e a dd e s i g n a n dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s e s [ J ] ．J o u r n a lo fS i e h u a nO r d n a n c e ，2 0 0 9 ，3 0 1 2 1 2 4 ． 1 2 5 ． [ 4 ]黄正祥，陈惠武，官程．大炸高条件下药型罩结构设计 [ J ] ．弹箭与制导学报，2 0 0 0 3 5 1 - 5 3 ． H u a n gZ h e n g x i a n g ，C h e nH u i w u ，G u a nC h e n g ．T h ed e - s i g no fl i n e ru n d e rl a r g es t a n d o f fd i s t a n c ec o n d i t i o n [ 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 0 3 5 1 - 5 3 ． [ 5 ]朱铭颉，顾文彬，唐勇，等．炸高对侵彻效应影响试验 和数值模拟研究[ J ] ．爆破器材，2 0 1 0 ，3 9 2 3 l - 3 4 ． Z h uM i n g j i e ，G uW e n b i n ，T a n gY o n g ，e ta 1 ．T h ee x p e r i - m e n t a l ＆n u m e r i c a ls i m u l a t i o no ft h es t a n d o f fe f f e c tt o p e n e t r a t i o np r o p e r t i e s [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，2 0 1 0 ，3 9 2 3 1 - 3 4 ． [ 6 ]徐全军，白帆，伍睿星．占据式聚能装药射流形成的数 值模拟及试验研究[ J ] ．爆破器材，2 0 1 1 ，4 0 3 1 1 ． 1 3 ． X uQ u a n j u n ，B a iF a n ，W uR u i x i n g ．N u m e r i c a ls i m u l a t i o no fj e tf o r m a t i o nb ys h a p e dc h a r g ew i t ht h ei n h i b i t o r a n de x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o n [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ， 2 0 1 l ，4 0 3 1 I 一1 3 ． [ 7 ]吴焕龙，杜明章，杨超，等．射孔弹聚能射流侵彻钢靶 的数值仿真与实验分析[ J ] ．爆破器材，2 0 1 2 ，4 1 2 3 0 ．3 3 ． W uH u a n l o n g ，D uM i n g z h a n g ，Y a n gC h a o ，e ta 1 ．N u m e r - i e a ls i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a la n a l y s i so fs h a p e dc h a r g e j e tp e n e t r a t i n gi n t o s t e e lt a r g e t [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ， 2 0 1 2 ，4 1 2 3 0 3 3 ． [ 8 ] 江增荣，王海福，李世才，等．某型破甲弹动态威力数 值模拟[ J ] ．弹箭与制导学报，2 0 0 6 ，2 6 2 5 4 - 5 6 ． J i a n gZ e n g r o n g ，W a n gH a i f u ，L iS h i e a i ，e ta 1 ．N u m e r i c a l s i m u l a t i o n so fd y n a m i cp o w e rf o rAH E A T [ J ] ．J o u r n a lo f P 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 6 ，2 6 2 5 4 ．5 6 ． [ 1 0 ]王成，恽寿榕，黄风雷．大锥角聚能装药射流形成及 对多层靶侵彻的数值模拟研究[ J ] ．爆炸与冲击， 2 0 0 3 ，2 3 4 3 4 9 - 3 5 4 ． W a n gC h e n g ，Y u nS h o u r o n g ，H u a n gF e n g l e i ．N u m e r i - c a ls i m u l a t i o no fj e tf o r m a t i o nb yw i d ea n g l es h a p e d c h a r g ea n dp e n e t r a t i o ni n t om u h i l a y e rt a r g e t s [ J ] ，E x p l o s i o na n dS h o c kW a v e s ，2 0 0 3 ，2 3 4 3 4 9 3 5 4 ． P e n e t r a t i o no fS h a p e dC h a r g eJ e t su n d e rL a r g eS t a n d o f fD i s t a n c e Z H UX u q i a n g C x 萤，C H E N GY i ①，L ID e c a i ②，T U OJ i n k u i ②，G A OT a n g z h e n g ②，Z H A N GY a n ② S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c e ＆T e c h n o l o g i e s J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 9 4 ②H e i l o n g j i a n gN o r t hT o o lC o ．，L t d ． H e i l o n g j i a n gM u d a n j i a n g ，1 5 7 0 0 0 [ A B S T R A C T ] A U T O D Y N - 2 Dn u m e r i c a ls i m u l a t i o nw a sc a r r i e do u tt os t u d yt h ep e n e t r a t i o no fh o m o g e n e o u st a r g e ta n d s i n g l el a y e rs p a c et a r g e to fs h a p e dc h a r g ej e t sa tl a r g es t a n d o f fd i s t a n c e s ．I tW a sf o u n dt h a tt h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nw a sc o i n c i d e dw i t hh o m o g e n e o u st a r g e ta n ds i n g l el a y e rs p a c et a r g e te x p e r i m e n t s ，a n dc o u l dp r o v i d eag u i d e l i n ef o rt h ed e s i g no f s h a p e dc h a r g ej e t ．E x p e r i m e n t so fs i n g l el a y e rs p a c et a r g e ta n dm u h i l a y e rs p a c et a r g e ts h o w e dt h a tt h ep e n e t r a t i o nd e p t h s w e r ew a v e dw h e nt h es t a n d o f fd i s t a n c ew a sl e s st h a n1 ．7 8m e t e r s ．a n dt h es m a l lc a l i b e rh a de n o u g ht h r e a t e nt ol i g h ta r - m o r e dv e h i c l ew i t h i nad i s t a n c eo f5m e t e r s ． [ K E YW O R D S ]s h a p e dc h a r g ej e t ，s t a n d o f fd i s t a n c e ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，h o m o g e n e o u st a r g e t ，s i n g l el a y e rs p a c et a r - g e t ，m u h i l a y e rs p a c et a r g e t 万方数据