网栅切割式MEFP战斗部成型过程数值模拟研究

摘要

未来战场环境要求弹药能对付战争中出现的多种目标。传统单一EFP只能进行点对点攻击,无法形成一个攻击区域,无法对付各类集群装甲目标。在复杂多变的战场环境背景下,网栅切割式MEFP战斗部应运而生,它可通过在传统EFP装药基础上加装网栅从而产生轴向多破片式侵彻体。由于其良好的定向和杀伤作用,可提高弹丸命中和毁伤装甲目标的概率,从而能更有效地摧毁轻型装甲集群目标。因此,网栅切割式MEFP战斗部技术成为各国竞相研究的热点之一。
　　本文在广泛检阅国内外相关技术文献的基础上,设计了十字形、星形线形、中心圆环形、井字形4种不同类型的网栅切割式MEFP战斗部结构,利用LS-DYNA显示动力分析有限元程序对不同类型的网栅切割式MEFP战斗部成型过程进行了数值模拟,并分析了多种因素对其成型的影响。在此基础上,对不同方案的网栅切割式MEFP战斗部进行分对比、分析,优选方案。对井字形网栅切割式MEFP战斗部进行优化设计,对比分析了单EFP与优化后的井字形网栅切割式MEFP侵彻钢靶性能。
　　研究表明:(1)随着网栅间距的增大、网栅金属杆宽度的减小、网栅金属杆材料密度的减小、炸药爆速的减小,破片的发散角逐渐减小。金属杆材料密度对破片发散影响不大,但是密度越大越有利于切割。网栅金属杆横截面形状对切割效果有一定的影响,可根据现有工艺加工出合适截面形状的金属杆。在装药长径比不变的情况下,为提高侵彻威力,应尽量选取高爆速炸药。十字形网栅切割式MEFP战斗部中药型罩壁厚应取4mm为最佳。(2)星形线形网栅切割式MEFP较十字形网栅切割式MEFP破片形状均匀,气动力较好。星形线形网栅圆弧半径为40mm时较为适宜。(3)中心圆环形网栅切割式MEFP较星形线形网栅切割式MEFP成型效果好,圆环直径在40~45mm范围内为最佳。随着起爆点距离的增加,破片的速度逐渐增大,发散角逐渐减小。起爆点距离在0.56Dk到0.89Dk范围内能形成理想的破片,且在0.78Dk时破片具有良好的气动力外形和较高的侵彻速度。(4)采用井字形网栅可以在原来的单个EFP装药结构的基础上产生9个具有一定威力和方向性的破片,破片速度、散布面积与其集聚性较好。应用正交优化设计的方法得到了网栅位置、网栅金属杆材料密度、药型罩曲率半径3种因素对破片发散角影响的主次关系,结果表明药型罩曲率半径是影响破片发散角的主要因素,网栅位置次之,网栅金属杆材料密度影响最小。(5)单EFP能可靠贯穿30mm厚钢板,井字形网栅切割式MEFP可以贯穿10mm厚钢板,且井字形网栅切割式MEFP的穿孔个数与网栅结构相对应,同时EFP残体与井字形网栅切割式MEFP残体均具有较高的剩余速度;井字形网栅切割式MEFP的散布直径大于EFP的穿孔直径,说明相对于单个EFP装药,井字形网栅切割式MEFP有效提高了对直升机等轻型装甲目标的毁伤概率。
　　本文研究结果可为网栅切割式MEFP战斗部的发展提供一定的借鉴。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 爆炸成型弹丸战斗部技术国内外研究现状

1.3 多爆炸成型弹丸战斗部技术国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容和方法

2 十字形网栅切割式MEFP战斗部成型过程数值模拟

2.1 战斗部结构设计

2.2 数值计算模型

2.3 十字形网栅切割式MEFP战斗部成型过程数值模拟

2.4 影响十字形网栅切割式MEFP战斗部成型因素分析

2.5 本章小结

3 星形线形网栅切割式MEFP战斗部成型过程数值模拟

3.1 星形线性质

3.2 战斗部结构设计

3.3 数值计算模型

3.4 星形线形网栅切割式MEFP战斗部成型过程数值模拟

3.5 影响星形线形网栅切割式MEFP战斗部成型因素分析

3.6 本章小结

4 中心圆环形网栅切割式MEFP战斗部成型过程数值模拟

4.1 战斗部结构设计

4.2 数值计算模型

4.3 中心圆环形网栅切割式MEFP战斗部成型过程数值模拟

4.4 影响中心圆环形网栅切割式MEFP战斗部成型因素分析

4.5 本章小结

5 井字形网栅切割式MEFP战斗部成型过程数值模拟

5.1 战斗部结构设计

5.2 数值计算模型

5.3 井字形网栅切割式MEFP战斗部成型过程数值模拟

5.4 影响井字形网栅切割式MEFP战斗部成型因素分析

5.5 井字形网栅切割式MEFP战斗部正交优化设计

5.6 本章小结

6 不同网栅切割式MEFP战斗部性能对比分析

6.1 不同方案网栅切割式MEFP速度及发散角对比分析

6.2 单EFP与井字形网栅切割式MEFP侵彻钢靶性能对比分析

6.3 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢