椭球型药型罩EFP 战斗部成型仿真研究

樊兵凯，崔瀚

（沈阳工学院能源与水利学院，辽宁抚顺，113122）

0 引言

聚能装药是一种广泛应用于军事和民用领域的一项技术，根据选用药型罩结构的不同，可以产生聚能射流（JET）、聚能杆式射流（JPC）和爆炸成型弹丸（EFP），其中EFP 具有对炸高不敏感、具有一定的长径比以及侵彻后效大等优点，因此在破甲弹、聚能切割器以及末敏弹等方面得到了广泛应用。

药型罩是聚能装药形成毁伤元的核心结构，EFP 的成型与药型罩结构密切相关。目前在EFP 的研究过程中，主要采用大锥角、球缺型以及双曲型等结构进行EFP 成型研究。椭球型作为一种新型药型罩结构，对其形成EFP 侵彻体的研究较少，因此对椭球形药型罩形成EFP 的仿真研究对聚能装药的发展具有一定的意义。针对椭球形药型罩EFP 成型的过程进行仿真研究，相对传统球缺型结构药型罩形成的EFP 侵彻体威力有所提升的椭球形药型罩结构，为新结构聚能装药战斗部的研究提供理论依据。

1 模型建立

椭球形聚能装药结构如图1 所示。其中D 为装药直径，T 为药型罩厚度，t 为壳体厚度，H 为装药长度，B 为椭球形药型罩短轴长度。图1 尺寸D=40mm；H=48mm；t=1mm；T=1mm；B=8mm。

图1 聚能装药战斗部结构图

ANSYS AUTODYN 作为显示动力学分析软件，主要算法有拉格朗日算法，欧拉和ALE 算法。在此采用欧拉算法与拉格朗日算法进行流固耦合运算。

计算中有四个零件分别为空气、药型罩、炸药、壳体，材料参数如表1 所示。

表1 材料选择及其属性

由于整体设计结构为回转体，为节省计算时间，采用2d沿X 轴对称建模。

起爆方式为炸药底部中心单点起爆。为获得药型罩成型后头部速度数据及分析成型规律。添加动态观察点，动态观察点可以附着在材料网格上，并随材料形变而运动，获得点位的速度，如图2 所示。

图2 加入动态高斯点

2 实验数据分析

弹丸成型过程分为三段。第一阶段药型罩翻转过程。0-0.0078ms 药型罩中部首先受爆轰波作用翻转至平面；第二阶段翻转过程0.0078-0.025ms，此阶段药型罩向前翻转，结构向轴线聚拢逐步形成EFP 结构，并在爆轰波作用下长径比逐渐加大；第三阶段为尾裙拉断至完全成型过程。0.025ms后，形变逐渐减弱，部分围裙在爆轰波的作用下拉断，此后EFP 形状基本不变。弹丸成型的具体过程如图3。药型罩具体参数为D=40mm；H=48mm；t=1mm；T=1mm；B=8mm。

图3 efp 成型过程

在此采用单因素实验，改变药型罩短轴长度B 与药型罩壁厚T 两个自变量参数进行仿真实验，研究椭球型药型罩的成型规律。

根据装药长径比，对爆炸成型弹丸形成影响的数值模拟葛伟2，可知但当L/D 超过1.5 以后,再增大装药长径比对增加EFP 速度意义不大，为此笔者选取药型罩长径比为1.2 即装药长度为48mm。

2.1 改变药型罩厚度T 实验

第一组试验我们采用只改变药型罩厚度T，不改变装药长度H 和药型罩短轴长度B。其中B=8mm；D=40mm；H=48mm；t=1mm为固定值。

药型罩厚度分别为3mm，2mm，1mm，0.7mm，0.5mm，进 行五次实验。结果如表2 所示。

实验1-5 弹丸成型后结构依次如图4 所示。

图4 第一组实验成型结构组图

实验5 相对于实验4 的长径比为减小原因为，成型过程中尾裙拉断失去质量较多，药型罩利用率较低,导致长径比缩短。

由以上数据可知，在逐渐减小药型罩厚度时，弹丸长径比与药型罩厚度成反比且弹丸稳定速度与药型罩厚度成反比。

2.2 只改变药型罩短轴长B 实验

第二组实验改变药型罩短轴长度B，分别为5mm，8mm，10mm，11mm，12mm,其 中T=1mm；D=40；H=48mm；t=1mm 为固定值，即以实验3 为基础只改变药型罩药型罩短轴长B。

进行4 次实验仿真结果如表3 所示。

由上表数据分析得随着药型罩轴向长B 增大，EFP 长径比逐渐增大，弹丸稳定速度略有降低。

3 结论

在实验数据范围内药型罩厚度T 与efp 长径比、弹丸稳定速度成负相关；药型罩轴向长度B 与efp 长径比成正相关，与弹丸稳定速度成负相关。

椭球形药型罩短轴长为5mm 时（即B/D=1/4）形成长径比0.85 短粗型弹丸；短轴长12mm 时(即B/D=3/10)其efp 长径比为9.1 的大长径比弹丸。