樊兵凱,崔瀚
(沈陽工學院能源與水利學院,遼寧撫順,113122)
聚能裝藥是一種廣泛應用于軍事和民用領域的一項技術,根據(jù)選用藥型罩結構的不同,可以產生聚能射流(JET)、聚能桿式射流(JPC)和爆炸成型彈丸(EFP),其中EFP 具有對炸高不敏感、具有一定的長徑比以及侵徹后效大等優(yōu)點,因此在破甲彈、聚能切割器以及末敏彈等方面得到了廣泛應用。
藥型罩是聚能裝藥形成毀傷元的核心結構,EFP 的成型與藥型罩結構密切相關。目前在EFP 的研究過程中,主要采用大錐角、球缺型以及雙曲型等結構進行EFP 成型研究。橢球型作為一種新型藥型罩結構,對其形成EFP 侵徹體的研究較少,因此對橢球形藥型罩形成EFP 的仿真研究對聚能裝藥的發(fā)展具有一定的意義。針對橢球形藥型罩EFP 成型的過程進行仿真研究,相對傳統(tǒng)球缺型結構藥型罩形成的EFP 侵徹體威力有所提升的橢球形藥型罩結構,為新結構聚能裝藥戰(zhàn)斗部的研究提供理論依據(jù)。
橢球形聚能裝藥結構如圖1 所示。其中D 為裝藥直徑,T 為藥型罩厚度,t 為殼體厚度,H 為裝藥長度,B 為橢球形藥型罩短軸長度。圖1 尺寸D=40mm;H=48mm;t=1mm;T=1mm;B=8mm。
圖1 聚能裝藥戰(zhàn)斗部結構圖
ANSYS AUTODYN 作為顯示動力學分析軟件,主要算法有拉格朗日算法,歐拉和ALE 算法。在此采用歐拉算法與拉格朗日算法進行流固耦合運算。
計算中有四個零件分別為空氣、藥型罩、炸藥、殼體,材料參數(shù)如表1 所示。
表1 材料選擇及其屬性
由于整體設計結構為回轉體,為節(jié)省計算時間,采用2d沿X 軸對稱建模。
起爆方式為炸藥底部中心單點起爆。為獲得藥型罩成型后頭部速度數(shù)據(jù)及分析成型規(guī)律。添加動態(tài)觀察點,動態(tài)觀察點可以附著在材料網(wǎng)格上,并隨材料形變而運動,獲得點位的速度,如圖2 所示。
圖2 加入動態(tài)高斯點
彈丸成型過程分為三段。第一階段藥型罩翻轉過程。0-0.0078ms 藥型罩中部首先受爆轟波作用翻轉至平面;第二階段翻轉過程0.0078-0.025ms,此階段藥型罩向前翻轉,結構向軸線聚攏逐步形成EFP 結構,并在爆轟波作用下長徑比逐漸加大;第三階段為尾裙拉斷至完全成型過程。0.025ms后,形變逐漸減弱,部分圍裙在爆轟波的作用下拉斷,此后EFP 形狀基本不變。彈丸成型的具體過程如圖3。藥型罩具體參數(shù)為D=40mm;H=48mm;t=1mm;T=1mm;B=8mm。
圖3 efp 成型過程
在此采用單因素實驗,改變藥型罩短軸長度B 與藥型罩壁厚T 兩個自變量參數(shù)進行仿真實驗,研究橢球型藥型罩的成型規(guī)律。
根據(jù)裝藥長徑比,對爆炸成型彈丸形成影響的數(shù)值模擬葛偉2,可知但當L/D 超過1.5 以后,再增大裝藥長徑比對增加EFP 速度意義不大,為此筆者選取藥型罩長徑比為1.2 即裝藥長度為48mm。
第一組試驗我們采用只改變藥型罩厚度T,不改變裝藥長度H 和藥型罩短軸長度B。其中B=8mm;D=40mm;H=48mm;t=1mm為固定值。
藥型罩厚度分別為3mm,2mm,1mm,0.7mm,0.5mm,進 行五次實驗。結果如表2 所示。
實驗1-5 彈丸成型后結構依次如圖4 所示。
圖4 第一組實驗成型結構組圖
實驗5 相對于實驗4 的長徑比為減小原因為,成型過程中尾裙拉斷失去質量較多,藥型罩利用率較低,導致長徑比縮短。
由以上數(shù)據(jù)可知,在逐漸減小藥型罩厚度時,彈丸長徑比與藥型罩厚度成反比且彈丸穩(wěn)定速度與藥型罩厚度成反比。
第二組實驗改變藥型罩短軸長度B,分別為5mm,8mm,10mm,11mm,12mm,其 中T=1mm;D=40;H=48mm;t=1mm 為固定值,即以實驗3 為基礎只改變藥型罩藥型罩短軸長B。
進行4 次實驗仿真結果如表3 所示。
由上表數(shù)據(jù)分析得隨著藥型罩軸向長B 增大,EFP 長徑比逐漸增大,彈丸穩(wěn)定速度略有降低。
在實驗數(shù)據(jù)范圍內藥型罩厚度T 與efp 長徑比、彈丸穩(wěn)定速度成負相關;藥型罩軸向長度B 與efp 長徑比成正相關,與彈丸穩(wěn)定速度成負相關。
橢球形藥型罩短軸長為5mm 時(即B/D=1/4)形成長徑比0.85 短粗型彈丸;短軸長12mm 時(即B/D=3/10)其efp 長徑比為9.1 的大長徑比彈丸。