爆炸反应装甲对聚能射流干扰作用的效能评估研究

摘要

随着国防科技的快速发展，装甲防护技术取得了长足的发展；装甲防护技术经历了从均质装甲到复合装甲再到爆炸反应装甲的发展历程；爆炸反应装甲自发明以来一直被认为是坦克、装甲车辆等最有效的防护措施之一；爆炸反应装甲的防护效能作为评估装甲防护技术的重要手段，但在现有的文献中关于爆炸反应装甲效能评估方面的研究未见系统报道；本课题就是基于此背景提出的，针对这方面研究的空缺，拟提出关于爆炸反应装甲对聚能射流干扰作用的效能评估方面较为完善的研究，主要包括单层爆炸反应装甲和双层平行反应装甲的效能评估研究，以期达到对爆炸反应装甲的各结构参数进行效能评估，并对今后新结构爆炸反应装甲的提出具有一定的指导意义。 本文采用理论分析、数值仿真、试验验证相结合的方法；首先，提出了单层爆炸反应装甲对聚能射流干扰作用的效能评估理论模型，并给出了单层爆炸反应装甲对射流干扰作用的效能评估方法；其次，在单层爆炸反应装甲效能评估方法的基础上，提出了双层平行反应装甲对射流干扰作用的效能评估方法，并根据效能评估方法编制了metlab程序；再次，运用三维有限元分析软件（ANSYS/LS-DYNA）建立仿真模型，采用控制变量法，对单层、双层平行爆炸反应装甲的部分结构参数的防护效能进行了模拟，并将理论评估结果与模拟结果对比分析；最后，选取部分结构参数设计了试验，对效能评估结论与仿真结果进行了验证。 研究表明：通过数值模拟结果与效能评估结果的对比分析，发现二者的相对偏差不超过10%，符合工程计算的要求，初步验证了爆炸反应装甲效能评估理论模型的正确性；同时在数值模拟的基础上设计实验，通过对实验结果与数值模拟结果、效能评估结果的对比分析，发现三者吻合较好，说明爆炸反应装甲的效能评估结论可靠；爆炸反应装甲的效能评估方法涵盖了影响爆炸反应装甲防护效能的尺寸效应（L、W）、倾角效应(θ)、间隙效应(△h)、厚度效应（h）、材料效应(P)、夹层炸药的爆轰压力（PCJ）、反应装甲距主装甲的距离（Z0）等；可实现对爆炸反应装甲各结构参数进行效能评估，如反应装甲的质量和空间效能评估，面/背板的厚度、尺寸、材料、法线角和爆炸反应装甲与主装甲的距离等结构参数的效能评估；同时编制metlab程序，实现对爆炸反应装甲防护效能评估的简易化。

目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 爆炸反应装甲国内外发展动态

1.3 爆炸反应装甲与聚能射流的相互作用机理简介

1.3.1 国外研究简介

1.3.2 国内研究简介

1.4 本文的研究方法及内容

1.4.1 本文研究的基本思路及方法

1.4.2 本文主要研究内容

2 聚能射流侵彻理论

2.1 聚能射流对均质靶板的侵彻

2.1.1 一维流体动力学侵彻理论

2.1.2 准定常理想不可压缩流体力学侵彻理论

2.2 聚能射流对多层复合靶的侵彻

3 效能评估理论模型及防护效能评估

3.1 单层爆炸反应装甲效能评估理论模型

3.1.1 头部射流对反应装甲的侵彻

3.1.2 逃逸射流的形成及对主装甲的侵彻

3.1.3 运动的金属板对射流的干扰作用

3.1.4 单层反应装甲的质量和空间效能评估

3.2 双层平行反应装甲效能评估的理论模型

3.2.1 双层平行反应装甲对射流干扰的关键时间段

3.2.2 头部射流与双层平行反应装甲的作用

3.2.3 逃逸射流对主靶的侵彻

3.2.4 运动的金属板对射流的干扰作用

3.3 双层平行反应装甲的质量和空间效能评估

3.3.1 质量效能评估

3.3.2 空间效能评估

3.4 Metlab程序设计及防护效能评估

3.4.1 单层爆炸反应装甲的防护效能评估

3.4.2 双层平行反应装甲的防护效能评估

4 数值模拟及结果分析

4.1 ANSYS/LS—DYNA功能及常用算法简介

4.2 材料的本构模型与状态方程的选取

4.2.1 主装药的材料模型与状态方程

4.2.2 药型罩的材料参数与状态方程

4.2.3 空气的材料模型与状态方程

4.2.4 夹层炸药的材料模型与状态方程

4.2.5 金属板及主靶的材料参数与状态方程

4.2.6 数值计算模型的建立

4.3 单层爆炸反应装甲防护效能的数值模拟

4.3.1 不同法线角时反应装甲防护效能的数值模拟

4.3.2 爆炸反应装甲与主装甲在不同间距时防护效能的数值模拟

4.4 双层平行反应装甲防护效能的数值仿真

4.4.1 不同法线角时双层平行反应装甲防护效能的数值仿真

4.4.2 不同间距时双层平行反应装甲防护效能的数值模拟

4.5 效能评估理论计算结果与数值仿真结果的对比

5 试验研究

5.1 试验器材

5.2 现场试验布置

5.3 试验步骤

5.4 试验结果及分析

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢