着靶姿态对半穿甲战斗部穿甲过程的影响

侯旷怡，李可达，张新伟

(中国空空导弹研究院，河南 洛阳 471009)



【装备理论与装备技术】

着靶姿态对半穿甲战斗部穿甲过程的影响

侯旷怡，李可达，张新伟

(中国空空导弹研究院，河南 洛阳 471009)

利用LS-DYNA对半穿甲战斗部着靶时不同着角和攻角对穿甲过程的影响进行研究，进行了在着靶速度为2 Ma，靶厚为50 mm，着角、攻角分别为0°、10°、20°条件下的侵彻数值模拟。仿真结果证明，着靶时着角、攻角均对穿甲过程产生影响，且攻角的影响更大。

半穿甲战斗部;攻角;着角

半穿甲反舰导弹是现代海战中的主要武器，依靠自身动能、战斗部壳体的结构强度和引信的延迟作用，穿透目标以后爆炸，形成冲击波、破片杀伤、燃烧等二次毁伤效应[1]。在半穿甲战斗部实际的作战条件下，由于导弹总体需求或飞行控制等多方面因素的影响，导弹着靶时通常不为垂直正侵彻状态，其着靶姿态存在一定随机性。不同的着靶姿态，半穿甲战斗部对靶板的作用结果会产生差别。导弹的着靶姿态一般包括导弹的攻角和着角，这两个角度的变化对弹体的过载、速度等方面都会产生影响[2-8]。

1 数学模型

攻角是指导弹速度矢量在纵向对称面上的投影与导弹纵轴之间的夹角；着角是指弹体速度矢量与靶板法线之间的夹角，如图1所示。

图1 战斗部侵彻着靶示意

当战斗部以速度v0碰撞厚度为h0的钢靶时，其倾角为θc，击穿钢靶后战斗部剩余速度为vn。假设钢靶对战斗部的平均阻力为FA，根据能量方程可得：

(1)

式中:M为战斗部质量；H为弹头部长度[2]。

由此式可得平均阻力FA

(2)

2 数值模拟

2.1 有限元模型

本研究采用LS-DYNA进行数值仿真计算，采用turegrid进行有限元网格建模，图2为战斗部穿甲有限元模型。其中战斗部着靶速度为2 Ma，钢靶厚度为50 mm，装药采用JOHNSON_COOK的本构模型，壳体、端盖、靶板均采用MAT_PLASTIC_KINEMATIC材料模型，采用拉格朗日算法，壳体与钢靶间定义为侵蚀接触，靶板定义面对称和无反射边界，弹体定义为面对称，采用cm-g-μs单位制。

图2 战斗部侵彻50 mm厚钢靶有限元网格模型

弹体、装药、靶板力学性能参数见表1所示。

表1 弹体和靶板力学性能参数

2.2 初始条件

所计算工况如表2所示。

2.3 着角对半穿甲战斗部侵彻过程的影响

战斗部以2 Ma初速分别以0°、10°、20°着角(零攻角)撞击50 mm厚钢靶的结果如图3所示。3种工况的弹体速度、弹体加速度、装药加速度、端盖加速度随时间变化的对比分别如图4～图7。

表2 计算工况

图3 着角分别为0°、10°、20°时，贯穿后弹丸和靶板情况

图4 着角分别为0°、10°、20°时，弹体速度变化曲线

图5 着角分别为0°、10°、20°时，弹体加速度变化曲线

图7 着角分别为0°、10°、20°时，端盖加速度变化曲线

通过上述仿真结果的对比可以看出：

1) 在半穿甲战斗部以不同的着角侵彻50 mm靶板时，20°着角以内，着角对弹体速度随时间的变化影响不大；

2) 通过加速度变化结果显示，着角越大的情况下，弹体、装药、端盖所承受的过载也越大，其中端盖所承受过载变化最为明显；

3) 在真实的战斗部结构中，端盖后应是安装引信的位置，所以在引信的设计过程中，应该对着角的影响进行考虑。

2.4 攻角对半穿甲战斗部侵彻过程的影响

战斗部以2Ma初速分别以0°、10°、20°攻角(0°着角)撞击50 mm厚钢靶的情况如图8所示。3种工况的弹体速度、弹体加速度、装药加速度、端盖加速度随时间变化的对比分别如图9～图12。

图8 攻角分别为0°、10°、20°时，贯穿后弹丸和靶板情况

图9 攻角分别为0°、10°、20°时，弹体速度变化曲线

图10 攻角分别为0°、10°、20°时，弹体加速度变化曲线

图11 攻角分别为0°、10°、20°时，装药加速度变化曲线

图12 攻角分别为0°、10°、20°时，端盖加速度变化曲线

通过上述仿真结果的对比可以看出在半穿甲战斗部以不同的攻角侵彻50 mm靶板时，20°攻角以内：

1) 随着攻角的增大，战斗部开口的面积也就越大；

2) 攻角对弹体速度随时间的变化影响较大，攻角越大，剩余速度越小，也就是说穿过靶板所需要的极限速度越大，且随着攻角的增大，极限速度增大的趋势越明显；

3) 通过加速度变化结果显示，攻角越大的情况下，弹体、装药、端盖所承受的过载也越大。且在整个穿甲过程中，有攻角与零攻角对比的情况下，过载相差巨大，某些时段达到几个数量级；而在同样具有攻角的10°和20°的情况下，过载的差异较小。所以在战斗部形式为半穿甲战斗部的导弹总体设计过程中，应尽量避免攻角的产生。

2.5 着角与攻角对半穿甲战斗部侵彻过程的影响对比

战斗部以2Ma初速分别以10°、20°攻角，10°、20°着角撞击50 mm厚钢靶的弹体速度、弹体加速度、装药加速度、端盖加速度随时间变化的对比分别如图13～图16。

图13 着角攻角对弹体速度的影响

图14 着角攻角对弹体加速度的影响

图15 着角攻角对装药加速度的影响

图16 着角攻角对端盖加速度的影响

通过上述仿真结果的对比可以看出在半穿甲战斗部以不同的攻角侵彻50 mm靶板时：① 着角、攻角都对战斗部的速度和过载产生影响，其中，攻角影响较大；② 通过对比可以看出，在过载方面，存在着角的过载曲线，一般只有一个峰值；而存在攻角的过载曲线，会出现两个峰值，这一现象在端盖的过载曲线上体现的尤为明显。

3 结论

通过5个工况的仿真对比，主要结论有：① 着角、攻角的存在都会对半穿甲战斗部的穿甲过程产生影响，其中着角影响较小，攻角的影响较大。② 随着着角和攻角的增大，相同靶板对同一战斗部的极限速度要求也在增大，同时对战斗部抗过载能力的要求也在增加。③ 由于攻角对装药和端盖的过载影响较大，所以在战斗部和引信的设计中，应考虑攻角对装药安定性和引信可靠性的影响。

[1] 徐松林，姚江涛.国外海基反舰导弹战斗部现状及展望[J].国防科技,2011(5):15-19.

[2] 蒋浩征,兰庭,汉文.火箭战斗部设计原理[M].北京:国防工业出版社，1982.

[3] 北京工业学院八系爆炸及其作用编写组.爆炸及其作用[M].北京:国防工业出版社,1979.

[4] 段建,周刚.半穿甲弹设计及穿甲实验研究[J].实验力学,2011(26):383-390.

[5] 蓝岭.“尼米兹”级航母抗毁伤能力深化研究[J].鱼雷技术,2002,10(3):8-13.

[6] 田杰,胡时胜.G50钢动态力学性能的实验研究[J].工程力学,2006,23(6):107-109.

[7] 王可慧、张颖.G50钢的力学性能实验研究[J].兵工学报,2009,30(2):247-250.

[8] 李忠星,王少龙.半穿甲弹侵彻过程中壳体强度的数值分析[J].弹箭与制导学报,2009,29(8):109-112.

(责任编辑 周江川)

Influence of Hitting Attitude in Armor-Piercing Process

HOU Kuang-yi, LI Ke-da, ZHANG Xin-wei

(China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)

The influence of the landing angle and attacking angle for the penetrating process was studied by LS-DYNA when the semi armor piercing warhead. The simulation of penetration was carried out when the landing velocity is 2 Ma, the thickness of target is 50 mm, and the attacking angle is 0, 10 and 20 degree. The results of simulation indicate that the landing angle and attacking angle both have influence on the penetrating process and the attacking angle is larger.

semi armor-piercing warhead; attacking angle; landing angle

2016-11-18；

2016-12-25 作者简介：侯旷怡(1987—)，男，工程师，主要从事战斗部设计和目标毁伤评估研究。

10.11809/scbgxb2017.04.013

侯旷怡，李可达，张新伟.着靶姿态对半穿甲战斗部穿甲过程的影响[J].兵器装备工程学报，2017(4):59-62.

format:HOU Kuang-yi, LI Ke-da, ZHANG Xin-wei.Influence of Hitting Attitude in Armor-Piercing Process[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(4):59-62.

TJ413.+2

A

2096-2304(2017)04-0059-04