偏心起爆方式对球形预制破片战斗部飞散特性的影响

梁志峰乔磊刘兰姜弛李川

偏心起爆方式对球形预制破片战斗部飞散特性的影响

梁志峰1乔磊1刘兰2姜弛1李川3

1、山西中北大学机电工程学院2、山西中北大学理学院3、山西太原工具厂

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA，对比球形预制破片在偏心起爆方式与中心起爆方式爆炸驱动下的飞散动态进行了数值模拟，获得了破片初速、飞散角分布进行定向性能的分析，计算结果与理论结果具有良好的一致性，表明该有限元计算模型是合理的。

起爆方式；有限元；球形预制破片；飞散特性

引言

预制破片战斗部采用中心起爆方式，每一层破片受到的爆轰波驱动方向与大小都较为均匀，其方向接近战斗部径向方向。因而破片飞散角较小，利用率极低。为了增大破片的飞散角，提高预制破片杀伤半径，采用偏轴心起爆战斗部。偏轴心起爆即起爆点不在弹轴心，而是与弹轴心有一定径向距离。起爆时，选择不同位置的偏轴心起爆点可改变爆轰波形状，从而改变破片初速及飞散角，增大飞散区域［1］。

1爆炸驱动理论计算

1.1破片初速v0

当长径比小于2.5时，可以不考虑爆炸轴向稀疏波的影响，则其径向破片的飞散初速可由Gurney公式［2］近似得到：

式中：V0—破片初速（m/s）；—炸药爆速（m/s）；—炸药质量C与金属壳体（除去端盖与紧固件等）质量M之比。

1.2破片的飞散角与方向角

论文主要研究弹丸在静态爆炸驱动下的破片飞散情况，因此只考察破片的静态方向角和静态飞散角。

2数值模拟

2.1建立模型

本文所计算的战斗部为圆柱形，采用球形预制破片，内有钢制内衬，弹体结构如图1、图2所示。

图1　弹体结构轴向剖面草图

图2　弹体结构径向剖面草图

2.2有限元模型的建立及参数的确定

本模型采用Lagrange算法，战斗部壳体、空气域、炸药、蒙皮和内衬都采用映射网格划分，钨珠体积较小，采用自由网格划分。炸药材料采用高能炸药材料模型和Jones-Wi.lkens-Lee （JWL）状态方程，内衬和端盖选用钢材料，采用Johnson-Cook弹塑性模型，蒙皮采用铝合金，用塑性随动模型MAT-PLASTIC-KINEMATIC，材料为钨球，采用刚性材料模型。

3数值结果与分析

3.1中心起爆战斗部和偏心起爆战斗部破片飞散分布对比

图3所示为弹丸中心起爆和偏心两点起爆后t=39.99μs时刻的中心起爆和偏心起爆钢球破片空间飞散的主视图。

图3　t=39.98μs时中心起爆和偏心起爆钢球破片主视图

从图3可以看出，中心起爆时，破片沿径向均匀飞散。偏心起爆时，钨球条初速随着径向角的增加而增加，可见采用偏心起爆能够提高破片初速。

3.2中心起爆战斗部和偏心起爆战斗部破片飞散角的速度对比

图4　φ为45°中心起爆和偏心起爆破片节点的速度历程曲线对比

图5　φ为180°中心起爆和偏心起爆破片节点的速度历程曲线对比

表1　中心与偏心起爆破片的速度分布对比

从表1中可以看出，在φ=45°时，中心起爆与偏心起爆下破片的速度均最小。而中心起爆时，破片初速变化不大。而偏心起爆能够显著提高预制破片在定向方向的速度。当φ=45°时，破片速度最小；φ=180°时破片速度最大。在偏心起爆时，爆轰波作用在破片上的冲量更大，特别是由于爆轰波叠加产生马赫波，使爆轰波加强，使得破片初速明显增大。

4结论

（1）中心起爆时，不同φ角的速度相差不大。

（2）偏心起爆时，φ角在0°至45°时，破片速度随着角度的增大而减小，在45°至180°时，破片速度随着角度的增大而增大。

（3）两种起爆均在φ=45°时，破片初速最小；φ=180°时破片初速最大。

（4）偏心起爆可显著提高战斗部定向方向上的速度。

［1］邓吉平，胡毅亭，贾宪振等.爆炸驱动球形破片飞散的数值模拟［J］.弹道学报，2008：4（20）.

［2］朱亮，低附带毁伤弹药设计及毁伤原理分析［D］.南京理工大学，2011.

［3］王凤英，刘天生，毁伤理论与技术［M］.北京理工大学出版社，2009.

梁志峰，1988年2月出生，山西岚县人，硕士，研究方向：高效毁伤战斗部设计及数值仿真。