聚能--爆破战斗部对潜艇多层壳体毁伤效应研究

摘要

潜艇防护技术和性能的不断提高给反潜武器提出了更高的要求，提高鱼雷战斗部对潜艇多壳体、多舱室结构的毁伤能力是亟待解决的问题。本文以增强鱼雷战斗部对潜艇双层壳体的毁伤效果为目标，综合考虑了水下爆炸冲击波、气泡脉动压力、EFP侵彻和静水压力等因素，提出一种能够提高耐压壳凹坑和破孔尺寸、大幅降低耐压壳强度的串联战斗部结构形式，在对潜艇双层壳体结构造成巨大破坏、耐压强度大幅降低的情况下，水下高静水压力作用将大大提高受损耐压壳压溃失效的可能。 本文在研究中利用AUTODYN和ABAQUS软件开展相应仿真工作，首先通过水下爆炸相关理论、EFP成型理论并结合实际潜艇及鱼雷战斗部尺寸确定相关仿真模型参数，然后通过相关理论和以往相关实验数据验证仿真参数设置的合理性。在验证仿真参数合理性的同时分析战斗部相关参数及水深对潜艇壳体破坏能力的影响，研究爆破战斗部、聚能战斗部以及聚能-爆破串联战斗部对潜艇双层壳体的毁伤效果。 利用ABAQUS软件的非线性屈曲分析算法和显式动力学算法分别计算了破孔尺寸和凹坑大小对环肋圆柱壳耐压强度的影响，利用AUTODYN有限元算法计算了爆炸成形弹丸、冲击波、气泡脉动及静水压力联合作用下对含水间隔靶的破坏过程。通过AUTODYN二维有限元分析开展球形装药水下爆炸计算，所得仿真计算结果与Cole经验公式计算值所得误差在可接受范围内，认为AUTODYN二维有限元分析计算水下爆炸具有较高的计算精度，仿真方法和参数的设定具有一定的可信度。 研究结果表明，潜艇多层壳体结构在聚能装药的破坏作用下主要产生由EFP侵彻形成的小尺寸剪切穿孔和由爆炸冲击波及气泡脉动引起的穿孔的撕裂作用及结构垂向的拉伸撕裂和大面积的塑性变形。凹坑和破孔的存在均会降低环肋圆柱的耐压强度，当两者同时存在时，凹坑是引起圆柱壳剩余耐压强度的主要因素。水深的增加会降低聚能装药EFP的侵彻能力，但会增加水下爆炸作用下潜艇结构的局部挠度变形量。通过对比数值仿真与复合靶板结构毁伤实验结果验证了SPH-FEM仿真方法的可信度。仿真结果表明，爆破型、聚能型和串联型三种战斗部对耐压壳造成的破坏程度依次增强，耐压壳剩余耐压强度依次降低，双壳体潜艇在受到串联型战斗部破坏后更容易被水下的高静水压力压溃。所以，研究提出了一种能够对耐压壳体造成更大破口和凹坑的装药结构，利用聚能-爆破二级串联战斗部对潜艇耐压壳造成更大破口及凹坑、增大对内部结构破坏程度的同时，大幅降低耐压壳的耐压强度，提高了其被水下高静水压力压溃的可能。本文对反潜鱼雷战斗部及潜艇防护结构的设计提供了参考，为相关领域的研究提供了一定的帮助。