装配误差对破甲战斗部性能影响的研究

2018-08-31陶泳翰董素荣郭光全郑延斌常秀芳

兵器装备工程学报 2018年12期

陶泳翰，董素荣，郭光全，张钧，郑延斌，常秀芳

(1.中北大学地下目标毁伤技术国防重点学科实验室，太原 030051；2.晋西工业集团, 太原 030051； 3.国营542厂，吉林 132021)

随着破甲战斗部技术的发展，对破甲战斗部的装配提出了更高的要求[1]但实际生产装配过程中不可避免存在一些误差。

近年来人们对非对称聚能装药进行研究，赵方宣[2]研究了壳体不对称聚能装药的射流形成。姜剑生[3]提出了对称修正模型解析非对称二维平板碰撞问题。秦承森[4-5]提出了非对称射流形成的几何理论。Ayisit[6]使用AUTODYN软件模拟了偏心起爆、药柱与壳体间隙不对称等参数对聚能装药形成射流的影响。贾伟、刘建荣等[7-8]研究了药型罩的加工制造误差对射流的影响。宁强[9]对偏心起爆和非均匀药型罩对聚能射流形成进行了二维数值模拟。周鹏[10]研究了药型罩和药柱不对称射流的侵彻性能。综上所述，近年来国内外学者从装配误差对射流影响的角度进行的研究较少。

为对药型罩与装药之间的缝隙不对称形成的偏心进行仿真研究，并使研究具有规律性，对0°，0.05°，0.1°，0.15°，0.2°，0.25°，0.3°七组装配偏心误差进行了模拟仿真。

1 模型建立

1.1 理论模型

一般对聚能射流的仿真都是基于理想情况，忽略了破甲战斗部的装配误差，假设两边缝隙相同，进行模拟仿真。实际装配中，由于装配条件的限制，不可避免会出现装配误差。

由图1可以看出，在理想情况下，破甲战斗部不存在装配误差，轴线两边药型罩厚度均匀。当存在装配误差时，可以从图2看出，爆轰波波阵面所扫过的药型罩厚度不相等，在同一平面内，左右两侧的药型罩厚度不同，存在着厚度差。药型罩缝隙小的一侧爆轰波波阵面所扫过的药型罩厚度较大。

为便于研究，将爆轰波近似看作为平面波，如图3所示。

当锥角为θ、药型罩壁厚为b的药型罩装配偏心角度为ψ时：

(1)

(2)

所以有d1i

对于图2所示的药型罩而言，由准定常理论，假设破甲战斗部作用过程中炸药瞬间全部爆轰，且整个过程为绝热过程，根据有效装药绝热压缩方法，药型罩微元的运动方程为：

(3)

可得:

(4)

即得在第i个微元药型罩的压垮速度为：

(5)

式中：mi、vi、Si、pi分别代表药型罩的第i个微元的质量、瞬时速度，药型罩与炸药的接触面积，爆压。

在同一波阵面处，药柱没有误差，所以有p1i=p2i，S1i=S2i，而由于装配误差的存在，在同一波阵面处扫过的药型罩厚度d1

mi=ρSidi

(6)

可得m1i

将式(6)代入式(5)，可得v1i>v2i。

理想情况的药型罩在形成射流时，药型罩两侧的微元受到爆轰波的作用，存在着水平速度与轴向速度，当药型罩轴线对称的两处微元作用在一起时抵消了水平方向的速度，只存在沿轴线方向的速度。当药型罩两侧缝隙不相等时，除了药型罩压垮速度存在着差异，药型罩轴线对应的微元受压垮的时间不一样。H1i与H2i是药型罩轴线对应的两个微元，H2i被压垮时，H1i还未受到爆轰波的作用，没有抵消H2i的水平速度，射流的头部将会发生偏移，且形成的射流形态不稳定。

1.2 材料模型

为了比较装配误差对破甲战斗部威力的影响，利用LS-DYNA有限元软件对不同装配误差的聚能装药进行了射流形成过程以及侵彻过程的数值模拟，计算模型如下，内锥角40°，外锥角60°，装药直径82 mm。炸高取四倍装药直径，靶厚550 mm。计算时使用ALE算法，单位制采用：cm·g·μs，起爆方式为顶点起爆，有限元图形见图5，设计的七种装配方案之误差偏心见表1。