EFP成形机理及关键技术分析

所使用的装药品号及装药密度均柑 { 同，所以行方案装约的爆速 也棚 I 司。又 |1j 于各方案的装药结构及起爆方式均相同，荇方案约型罩的外锥角及 L 』径也均相同，如果不 I 司方案药型翠的微冗划分方式及编码顺序也杆 I J 司，那么小 川方案中相同编号罩微元所对应的装药质量及装药爆轰波陆：面对该编号翠微兀的 入射角必棚同。这样，彳 i 同方案相同编号罩微元胍垮速度的筹片就只取决于该编 号罩微元质量的差异。由十不问方案药型罩的外锥角及 Ll 径均相同， m11 符方案 药型罩的微元划分方式及编码顺序也相同，所以，／ fi 同方案相同编吁罩微几的锥 台、卜均直径应相同，义冈各方案所使用药型罩材料均相同， iⅢII ；川方案相 J 川编号 罩微元压垮速度的差异取决于该编号微元罩材厚度的差异。 | 女 I 此，影响彳 i 同方案 卡 ¨l 羽编号罩微元压垮速度的主要因素是该编号罩微元的厚度。这就是为什么药犁 罩顶 u 擘厚比能对 EFP 成形性能产生影响的主要原因。 EFP 成形机理及关键技术研究 利用 j 二述方程编程分别对上述各方案药型罩微冗的压垮速度进行汁算，结粜表 l|Jj' 彳 i 同变形情况的药型罩微元压垮速度变化规律 ‘j l ：述分析相同。对于图 2 1 所示的全闭合杆形 EFP ，由于该类药型罩顶口肇厚比较人，罩顶较厚，从罩顶至 罩 L] 罩肇厚逐渐减薄。在爆轰载荷作用下．，靠近罩顶部方向微冗的轴向爪垮速度 依次小于 ’j 其树邻近的靠近罩口部方向微厄的轴 f 向 Jf 、垮速度，闪此 H{ 现从罩顶沿 罩母线逐次向罩轴线闭合的现象而形成闭合十 l ：形 EFP 。，对于图 2 2 所示的翻转肜 EFP ，足由于这类药型罩顶口壁厚比较小，从罩顶至罩口罩壁厚逐渐加厚，行：爆 轰载荷作 Jtj F ，靠近罩顶部方向微元的轴向压垮速度依次大干与其相邻近的靠近 罩 L] 部方向微元的径向闭合速度及轴向压垮速度，岗此 Ⅲ 现从罩顶沿罩母线逐次 向前翻转的现象而形成翻转杆形 EFP 。对于图 2 3 所示的半翻半闭形 EFP ，计算 表明， fii 十这类药型罩的顶口壁厚比适中，使得从罩顶至罩口方向 f ：，罩顶附近 部分微兀的轴向压垮速度依次增大而罩 L] 附近部分微元的轴向压垮速度却依次减 小，结果形成丫半翻半闭的 EFP 。 另外，从图中 EFP 的 x 光照片 L 可以看出，大锥角药型罩在形成 EFP 的过程 f{J 总是伴有前驱射滴或射流及罩口部材料的崩落现象 ( 图 2 l 的崩落块已 m 底』 { 。 ) 。 这足人锥角药型罩形成 EFP 过程中的普遍现象。对于前驱射滴 ( 或射流 ) 其原 I★I 足这样的， lij 于夫锥角药型罩尖角的存在，微冗压垮速度又近似沿罩微 at 矽 f" 表而 切、 I ，面的法线方向，所以尖角附近微元很难翻转。义 l 对它们距装药轴线很近，彳 =}‘ 往足一脏垮即达罩轴线，加 J ：压垮速度相对较高，处于流变体状态的罩微死材料 和：此胁】合碰掩 IfI 『分离为射流 $119l ：体两部分。刺流郝分的轴向速度远大于卡 1 。体部分 的轴 f∞ 速度，订 i 运动过程叫】将会拉断而形成前驱射滴。其杵体部分因轴向运动速 度小于 Ij J ． t 十 l ㈧ 5 近的靠近罩口部方向微元的径向闭合速度及轴向压垮速度，斟 I 酊 它将化于卡 ¨ 邻微兀之后，对 f 图 2 ． 2 的情况则形成包心。关于罩 U 部材料崩落， 足 I{t 十爆轰波足强 Jli 缩波，、与其传到罩表面 L 时，将向罩材料内部透射强压缩波。 “1 材料内部的强 JIi 缩波传至罩 L] 部时遇低波阻抗的空气 m 向罩材料内部反射叫强 { 苛仲波， ‘j 罩材料内部的压缩波棚巨作用而使罩材承受把应力。这种拉应力往往 会超过材料的动念强度限而使罩材断裂，由于断裂位置／ 1i 觇则，而使 EFP 端部／ fi 整齐。人蹙的实验及计算结果均表明，大锥角药型罩只有 (O ～ 0 73) 倍药型罩 L 』 部茂径的郝分才能形成 EFP ，其余部分均被崩落掉。 2 ． 1 ． 2 球缺形药型罩形成 EFP 的研究 l ：述研究结果表明， Hj 犬锥角药犁罩形成 EFP 时总是伴有前驱射滴及包心的 仃神：。前驱射滴或射流及包心的存在小仪使罩材利 J}j 率降低，而『 1 ．，射滴柏： ‘ 孙￡ 卡乍体问断裂分离时往往会干扰 EFP 的运动姿态。；另外，包心位置也很无规律。 在偶然 I 大 ] 素作 JH 下，包裹在 EFP 内部的包心位置时而靠前，时而靠后，影响 r EFP 质疑分前 i 的稳定性，从而也会影响其匕行稳定性。而产生射滴及包心的 j 二要原 l 犬 J 足 |lj 于人锥角药氆罩尖顶的存在，要消除射滴及包心带来的不利影响，就必须消 除药型罩的尖顶。这样，就出现 r 球缺形药型罩。 I{j 于球缺形药型罩形状均为球 缺状， I 司此，药型罩的几何特征对 EFP 成形性能的影响 t 要体现在药型罩的曲率 半径及其项 u 壁厚差上。实验已经证明，球缺形药型罩项 U 壁厚比对 EFP 成形性 能的影响规律与大锥角药型罩相同，其成形类型也为相应的曼种，这里不再赘述。 南京航空航天大学博 ] 二后研究 L 作报告 卜 - 面仪就其曲率半径的影响进行讨论。 2 ． 1 ． 2 ． 1 药型罩曲率半径分析 首先先建谚球缺形药型罩的母线方程。 建立如图 2 ． 4 所示的坐标系，则球缺约 型罩母线方程可表示成如 F 形式： y= 凡【 l 一 (1 一贵 + 素 )2 J’ (2 ． 9) 将点 A(0 ，协 J2) 代入得： 尺 = 譬【 l_(1 一页 h)2 】 t (2 ． 10) 球缺药型罩母线， 1- 任一点的斜率为： 净 ‘ 扭暑 1{ (2 ． r ． z 、 { 或 ≯ 岳卜 ㈦ 12) 根挤 i 人锥角药犁罩的研究结果，即大锥角药型罩可以形成 EFP 的锥角范 lI}4 为 120 。～ 150 。，而且当药型罩外锥角在 140 。附近时成形性能最好。在其顶【 j 举 厚芹所决矗：的 EFP 成形方式确定 后， EFP 的成形好坏关键在于罩口 l 』 (O ． D_ ／ l ， 部的变形。在以翻转为主的成形方 式 11l ，即要保证罩口部附近微元既 要仃一定的径向 lli 垮速度以避免 EFP 直径过人而／ fi 能充分拉长，同 ‘ ＼ 时又要保证宵一定的轴向速度以避 免 EFP 头尾速度梯度过大而在 ] 毛行 ／ o 角 2 a 为 120 。～ 140 。。取这个角 ／ 7 ·}j 拉断。参照大锥角药型罩的研究 结果取球缺药型罩口部外切锥的锥 度范闻主要是考虑到在球缺药型罩 qI ，从罩口部微元到罩顶部微元其 图 2 ． 4 球缺药型罩坐标系 外切锥的锥角是依次增大的，如果 罩口部微元外切锥的锥角过大势必造成其它微兀外切锥的锥角偏离最佳成形角艘 过远，如果小于 120 。将使罩口部附近微，二失去形成 EFP 的最基本角度跨入形成 射流角度区，同时也会引起其它大部分微元的外切锥角靠近该区域而 4i 能形成 II ： 常的 EFP 。将该角度范围值代入 (2 ． 12)J℃ 及 (2 ．】 O) 式巾求解可得球缺罩的 |||} 率半径范闭为： EFP 成形机理及关键技术研究 l{ (1 ． 00 ～ 1 ． 46)Dk (2 ． 13) J 弋一 h^ 一药型罩罩顶高 凡一药型罩外母线曲率半径 ， ^ 一药型罩口部直径 2 ． 1 ． 2 ． 2 药型罩曲率半径影响的数值模拟研究 为，检验上述分析的正确性，同时也为 j ，优化药型罩的曲率、卜径，根搦上述分 析结果设、十了，儿种装药及药型罩结构，并利用博士期间所建妒的装药爆轰及药型 罩压垮变形数学模型和相应的数值计算程序，经改进后用来对卜述、垃计方案进行 计算模拟。因此，原计算模型对装药和药型罩的相关假定及所使』 }j 的装药爆轰状 态方程和罩材本构方程在这里仍然适用。计算方案如表 2 ． 2 所示。 表 2 ． 2 计算方案 装药 装药 装药 装药 罩外曲 罩顶厚 罩 n 厚 罩 {1 杼 罩材 起爆 淤 品号 密度 直径 高度 率半径 方式 (gem 3) (mm) (mm) “nml (mm) (mm) (mm) l= 870l 1 ． 7 80 64 38 4 ． 65 4 ． 65 76 紫铜 肇点 中心 2# 870l 1 ． 7 80 64 76 4 ． 65 4 ． 65 76 紫铜 单点 中心 。忙 8701 1 ． 7 80 64 114 4 ． 65 4 ． 65 76 紫铜 单点 c}1 一 D 111 于 EFP 往空 tI ， l 毛行时足彳 i 旋转的， lt 气动／ J 稳定方式琏本 l ：属于尾翼稳 定。咐单点㈨ t 【 ) 起爆所得 EFP 属轴对称回转体，为 r 使其匕行稳定， lc,tJg 母使其 质一心 f}{ 『移 ml 一心后移，所以倒锥 I'a) 合型及正准全翻转型成形方式均不能满足这样的 要求。、仁翻半闭型成形方式，如果能控制参与闭合的药型罩微元数量，也即使约 型罩少量头部微元发生闭合，其余药砸罩微 7 亡产生全翻转，这样便能获得头部密 实而尾部中空的 EFP ，使其质心前移而阻心后移满足气动力稳定性要求。存不考 虑药型罩曲率半径的影响时，药型罩顶口壁厚比是影响其成形方式的差要冈素， 参照火锥角药型罩的研究结果，在上述计算方案中取半翻半闭成形方式项 u 肇厚 比为 1 。同时为了，增大罩口部的径向变形能，以利十罩 u 部收缩和获得人长细比 的 EFP ，我们采用了次 u 径药型罩。对 l ：述方案的计算结果分别如图 2 ． 5 、阁 2 ． 6 、 图 2 ． 7 所示。 图 2 ． 5 方案 I 计算结果 图 2 ． 6 方案 2 计算结果 卜述扮方案的计算纳果 _f|J 预期砹汁卡 ¨ 街，均属、 j ，翻、 p- 闭删， jj ：几．参 ‘ 引 0 】合的微 ， i 数砖较少，只仃较少的罩又邯微几发， I 二 M 合，。爻现 r 头郝甯文 InJJ 芒部 ·I ，空 ft'j EFP ，，岍几．球缺药犁罩 I|fJ 二 } ：、 l 二住对 EFP 『 J|2 肜性能的影响也璀小反映 J’ 前述分析结 论，显示 r 革 f 吣冢、 }‘}} 的变化所， j1 起的 EFP 成 J 臣变化趋势。表 ffJj“1 罩 ]lh 牢、 l‘ 径偏 l 氏一 ℃(2 13) 所 fI 『 f) 定的范 I}I 较远时，约掣 掣也汁小能形成 Ifi 常的 EFP 。如方案 i 一 h 约掣葶 Ⅲ! 二社、 } ，住取为。 ℃(!13) 所 j÷ 图 2 ． 7 方案三计算结果 池 ⅢF 限的一 I"- ， 111j ￡所彤成的 EFP 弹 j 髟纠 K ，仡装约起爆后 240us 时火 J1 三速 f 翅 梯度仍很人，绎验表 f 儿这样的 EFP d- 空 Ifl b 行过柙 ·}t 将会㈥、大 J 乏速度梯度芹的 继续作川 mli 断仲【支变细随至断裂成数块碎 ”fnj ，夫女对 rI 标的柯效作 J1 J 。，川样， 。 ’ 球缺约喇罩的肭率、 | ，经过人也小能肜成优良的 EFP 。如方案 3 吖『，取球缺掣的 帅妒 } ，住为 1 ． 5D 。， j ￡所形成的 EFP 弹形粗短暑球状。虽然 j 0 又 J 琶述嫂梯』建 { 艮 小，肝 n ．九：裂药起爆约 160us 肝 j ￡ "Z-_f 屯速 _}f}= 译便接近：每 = 。这样的 EFP JS 竹 m E 行 过柠 Ifl 小会被拉断， mn 也能保证 ℃ 行稳定，似足研究 EFP 的几的足为 J’ 穿 fn 根捌定常侵彻婵论，订： j ￡它条件 1i ，叟时， EFP 的穿甲威力 ’“CK 度甲 I} ：比； H 此， f“ 于这种 EFP 小能充分 jii< ，弹 K 较垃，所以穿甲威力较低，小足我们所希耀 ff 剑的 EFP 。方案 2 一 h 取药型单的曲率、 | ，住为 1 ． 0D, ， |{j 其所彤成的 EFP K} 逆遇 Il- ，、 } ，均长细比约为 2 ． 6Ⅱ"Z- 部密实尾部 ·}t 空 j} 备 l 毛行稳定所希望似剑的壤小条 什。，该 EFI ，化装约起爆侨约 240us 后头尾速度筹已接近零， l 大 I 此订： b 行 j 』柙 ll 卟 会断裂。 jr 人药型罩 m 二缸、 t"- 径的取值范 ，绛多次重复试算表 liJj ，按照 -℃(2 ． I ： {) 瞅值可以捩缁 lli 常的盯 f)' ，『 f ：凡 ”j 厅屈，，，以附近时 I-FP 成 J 髟性能最虮 j 、 Jm 对约 EFP 成形机理及关键技术研究 型罩曲率半径影响 I' I ： P 成形性能的机理进行一下简单的分析。 改变球缺药型罩外曲率半径造成不同成形现象的原因可从不同曲率、 # 径所 ’jl 起 的罩微 ji ： 9t- 锥角的变化情况得到解释。方案 1 中，罩 ILl 部微元的外切锥角为 0 。， 爆轰波阵面对其的入射角为 90 。，据式 (2 ． 6) 及式 (2 ． 7) ，其在爆轰载倚作川 卜 - 只能 Ⅲ 现纯径 I 训 fi 垮，轴向分速为 0 ，尽管 lij 于罩微元问的牵制作川丽产乍一 定的轴向速度化很小， I 面爆轰波阵面对罩顶部微元的入射角为 0 。，只能 ff{ 现纯 轴向瓜垮，径向分速为 0 ，因此，所形成 EFP 的头尾速度差很大，同时由于该药 型罩从罩 u 部微元到罩顶部微元其外切锥半顶角从 0 。连续变化到 90 。，变化范 Ⅲ 很人，卉：有限微冗划分方式 F ，卡 H 邻微元外切锥角之差也较大，造成相邻微冗 的轴向速度差也很大，使 EFP 在变形过程中很快拉长变细并最终断裂。方案 3 ff 】， 罩口部微元的外切锥角为 14l 。，从罩口部微元到罩顶部微元其外切锥半顶角从 70 ． 5 。连续变化到 90 。，变化范围为 19 ． 5 。，是方案一 90 。的 1 ／ 4 ． 6 倍。托 ‘j 方案 l 棚同的有限微元划分方式下，其相邻微元及顶 Lj 微元的轴向速度差根据方 程 (2 ． 7) 也接近方案 1 相同编号相邻微元的 1 ／ 4 ． 6 倍。由于该方案罩微元问轴阳 速度梯度较小，使 EFP 在变形过程中不能有效拉长而成球状。方案 2 中，罩 Lj 鄙 微元的外切锥角为 120 。，从罩口部微元到罩顶部微元其外切锥半顶角从 60 。连 续变化到 90 。，变化范围为 30 。，是方案一 90 。的 1 ／ 3 ，是方案二 19 ． 5 。的 1 ． 54 ff} 。 闲此，神渊 f 』司的有限微元划分方式 F ，其相邻微元及顶口微元的轴向速度芹 根据方程 (2 ． 7) 随接近方案 3 相同编号相邻微元的 1 ． 54 倍。所以其盯 P 成形长 f 女：接近方案 3 的 I ． 54 倍。 2 ． 1 ． 2 ． 3 EFP 成形 x 光摄影试验 为验证 f ：述理论分析及计算结果的』 E 确性，我们进行了 EFP 成形的 x 光摄影 试验。 Ilj 十经费限制，也为，使研究结果具有实用性，只对可能获得较 f 辛 EFP 成 形绝果的方案 2 进行试验。 试验结果如矧 2 ． 8 所示。将阁 2 ． 8 与图 2 ． 6 进行对比不难看出，计算所得 H 中 成形结粜 ‘j x 光摄影试验所得 EFP 成形结果棚近，说明 J ：述理论分析结果足 11i 确 的。 将人锥角药型罩所彤成 EFP 的 x 光照片 li 球缺药型罩所形成 EFP 的 x 光照 J} 进行对比可以看 m ，两种药型罩形成的 EFP 具有如下特点： ① 人锥角药型罩形成的 EFP 在弹丸头部总是伴有前驱射流或射滴的，同时 n! 弹体 内部存神：包心。这足因为大锥角罩尖顶的存在而无法避免的。射流或射滴的存 神：足 1i 利的， m 十其轴向速度较大， ]s 行中将被拉断而与弹丸 } 体部分分离。 于其断裂影响 l 大 1 素的随机性及断裂位置的不确定性，断裂时将会干扰弹丸的 E 行姿态，从而影响弹丸的匕行稳定性及射击精度。同时由于包心与弹丸 i ：体 部分也存在轴向速度差，在匕行过程中，包心在弹体内部的位置是游动的，造 成整个弹丸的质量分布及重心位置在 1 毛行过程中也是变化的，这也会对弹丸的 匕行稳定性带来， {i 利的影响。球缺形药型罩，由于罩顶部微元所对应的锥角为 180 。，爆轰波阵面是垂直入射在罩顶微元上的，使罩顶部微元压垮速度方向 ’j 罩中心轴线平行而不发生闭合，所以不会 m 现射滴及包心。 ② 从 EFP 成形 x 光摄影实验中发现，无论足大锥角药型罩或是球缺形药型罩相： 14 爆袅载倘作川卜罩 L 】部材利都会 现崩洛现象。革 L| 部利十： 5 现 崩落对 EFP 成形足小利的，一方 向，它会降低约掣罩材料的利川 j 钲使 EFP K 度缩短造成 EFP 穿甲 威力卜降。另一方向， 。 F 影响 EFP 药型革 u 郜材料崩落 现化骨的 闲素很多，如作川杓：药型罩卜的 爆轰载铀的强度及爆轰载伯托 j 叫 一环形罩微／二 l ：分雨 i 的均匀性、 起爆偏心、药型罩材料本身的慢 度及延腱性、约型罩材料强 _}!} ：分 西 j 的均匀性及加 T 误差等，件往 造成鲔犁筚日部崩落小均匀，断 L 】参芹， 1i 齐。这表明药型罩 u 部 小 l 几 Jfp 择处崩落 现的时刻／ |i f 叫， Ⅲ0 小 Irdf 寸簧崩 i 髯时给 EFP b 行姿念带来的扰动便小能 H 十 ¨ 抵 消使 EFP 承受较人的卡 JJ 始扰动， 图 2 ． 8 EFP 成形 x 光照片 这会严重影响 EFP 的 E 行稳定性 及射击密集度。 根抓 J 、 t 力波理论， “1 袈药爆轰时，炸药爆州二产乍的强爆炸冲击波作 Ⅲ 剑约犁 譬表而 l ：时将发乍波的反射和透射现象， jeJ 豆射透射类玳取决十炸药装约介质， _ 药喇革材 } ： } 介质问的波刚抗父系。这 I ㈦ {t 于炸药装约的波 m{_J'c 小十药碰帮材料的 波 m 抗，按 J 、 i 力波理论， ”1 爆轰波传士 0 约犁罩表暇 J ：时将 f ～药譬革材制内 fW 透利 冲击波， j 川时阳爆轰产物内部也反别叫 }||I 击波；，透射剑药即罩材利内部的『 1|I 卉波 从罩顶全革 u 沿草蜷传播。并几， l ：传播过稃 ·} ，小断地 ’j 矧爆轰波从蕈顺全单 IJ 传 播过程 t} 卟断产牛的透射冲击波树卺由 ¨f^j 罩材 f} ，透射冲卉波的强度得剑加镁，．根 捌 j 衄 jJ 波理论，这种强透射冲击波订 j 吲体介质 It ，足以强心乃波的肜 J 弋仔化的，咖 r| 是强爪应力波。 “’ 这种幔胍 J 畦力波沿罩艰传剑罩 u 部时遇剑节 u l!}lj 0 空气川的 界向，根据 J 、 V 力波卿论， fnJ 样要发 71- 波的反射和透身寸现象。 m 于罩材的波 Ⅲ 执人 寸二空气的波附抗，所以除 r 虽向空气。 l ，透射冲击波外还爱 m 罩材 lt 一反射叫儿乎 ’J 味入射 j 衄 JJ 波 l nJ 样强度 "r 土质卡 H 反的 J 世／ J 波即姒 { 苛 J 迎 JJ 波。使节 u 郝栩料 H 时承 受 } 利 Ii 心力的复合作 J|] 。理论分析及实验历对革材进行金十 ¨ 检测的结聚酃表 I 叭 罩材足 ni}t 应力作川卜破坏的，即 ”j}t Jli J 遁力波州『 J 作川的纳粜使节利承受 {t¨ 乃时，材料／ j‘ 可能发牛破坏即 Ⅲ 现崩落。可见葶材足古发 7I- ： j 爿落破坏的 个天键 Ixl 素就神：于反射拉 J 、 = ： f 力波 ‘j 入射 J 川龃力波之 I 、 HJ 的姒度券，换 fU 话说，九入射』㈨ i ／ J 波慢度一定的情况卜，罩材是否发乍崩落破坏的原 I 六 l 之～垃耳义决十反射 j 市膨 JJ 波的镁度。根搦心力波理论，该反射拉应力波的镪度除 J“i 入射的 J¨i 力波弛 i 嫂 仃父外，拒很人柙度 I ：还取决于反别两的人小即草 u 泓材料的厚度。 } 诞捌 j 越， J 波 理论，减小反射 lf 『 i 的而积可仃效降低反射拉应力波的强度。似 ‘ 爻验结果义表 I 叭 EFP 成形机理及关键技术研究 仡聚能装药条件 F ，仪使罩材出现拉应力状态还不足以使材料发， ji 破坏。因为革 木才在爆轰载衙作用 F 的变形是属应变率很大的塑性变形，此时罩材料已接近处于 流变体状态，材料的动态力学特性已不再是决定材料足否破坏的唯一闪素。和：药 型罩变形时能否保证罩材顺畅连续的流动即能否保证罩微元间有连续合理的轴向 及狰纳速度梯度分布也是决定罩材足否发生动态破坏的因素。考虑到药型罩 u 部 微几宵效装药较少，装药爆轰时测而稀疏波进来较 ‘ 产使罩 L 】部微元牧得的爆轰能 最较少，从而形成的轴向及径行速度较小，造成与前面微元有较大的轴向及径向 速度梯度，斟 I☆ 朔 i 能有效跟随前面微兀变形，在拉应力作崩下出现材料断裂破坏 Ini 与前面微兀分离。为此，要解决 EFP 成形过程中的罩材崩落问题，必须从两方 面入手，即既要适当减小罩口部材料厚度又要合理增大罩口部微元的有效装药量。 这 f 批就存在一个要合理匹配的度的概念。罩口部材料去掉过多或过少都是不利的。 七掉过少彳：能起到应有的效果，去掉过多不仅会使药型罩质量有大 疑无为的损火 减少同样 U 径下可参与形成 EFP 的罩材量，减小同样口径下可形成 EFP 的可能长 度及质量从而会大幅度降低 EFP 的穿甲威力，同时，去掉过多的罩口部材料也会 使罩 u 部微元卡 H 对有效装药量人于其邻近微元的相对有效裟药量从而使罩口部微 元的轴向及径向速度大于其邻近微元的轴向及径向速度而使 EFP 成形性能降低甚 至不能有效形成正常的 EFP 。火量的计算分析及实验结果表明，在厚度为 (0 ． 01 5 ～ 0 02) 倍罩口径的罩口部处作项角为 140 。的外切锥以切除部分罩口部材料来减小 革 U 部附近微元的材料厚度是解决球缺罩口部材料崩落现象的有效方法。该厚度 范 1 目的选取足基于应力波理论的分析以保证反射拉 {f}I 波的强度足够小。以项角为 140 。作外切锥切除材料是鉴于锥角为 140 。的药型罩 EFP 成形性能最好的考虑， l 叫时也兼顾 r 保证罩口部微元相对有效装药量小于其邻近微冗的卞 H 对有效装药最 的条仆 j{ ：能使其差值控制在合理的范围内。从阁 2 8 的 EFP 成形 X 光照 ”I{ ，可以 厅 ftl ，经过 I ：述处理的球缺药型罩在爆轰载荷作 J} 】卜 - 形成 EFP 的过程 ttl 并没仃 现草 U 部材料的崩落现象， EFP 姿态很 ill 无受到初始扰动的迹象。而 Ⅱ‘jI 司样 u 符装药的 EFP 丰 ¨ 比其长度并没有缩短反而有效部分却增长厂。 2 ． 2 起爆方式对 EFP 成形性能的影响 多年来，关于 EFP 成形技术的研究一直局限于在装药端面单点 r{1 心起爆卜 - ， 如何获得具有人长细比、大穿甲威力、 r 每 15l 行稳定的轴对称回转体形 EFP l ：，㈧ 内外对此都进行 r 大量的研究。但结果表明，这种结构 EFP 的战技性能总是， 1i 甚 令人满意。根据 EFP 的战技指标要求：首先，侵彻性能要求 EFP 弹丸庸具有塔可 能长的弹长及尽可能大的断面密度。其次， }}] 于 EFP 通常是在 800 1000 倍以 l ： 弹径距离卜起作用的，也即远距离攻击能力是 EFP 战斗部能够存在并得到重视的 唯一首要的原肉，而实施远距离攻击时， EFP 的应用就不可避免的包括一个尤划、 M 避的重要的空气弹道阶段，在这个阶段必须保／ 11-EFP 飞行稳定。否则 EFP 便／ {i 能对目标产生应有的效能甚至失效。到月前为 J J ：，空气动力学 I} 】和：匕行稳定领域 还没有突破旋转稳定和尾翼稳定这两大理论。通过爆炸成形方式是无法使 EFP 弹 丸获得使其能够飞行稳定的足够转速 的，这已被德恫 Ernst ． Mach 研究院的 c ． Weickert 等人的研究所证实。也即 EFP 弹丸只能依靠尾翼稳定理论实现其 b 行 稳定。根据尾翼稳定理论，对于不旋转杆体弹，要想飞行稳定就必须有足够的静 16 南京航空航天大学博， L 后研究工作报告 稳定储备最。简单地说就是要尽景拉开弹丸阻心与其质心之间的距离，即尽鞋使 弹丸质心前移和 Ⅸ11 心后移。同时还要保证弹丸尾部有足够的升力。一般的 l 毛行器 都足通过袖二匕行器尾部加装各种形状的尾翼柬满足 j ：述要求的。而装药端 ffIi 单点 r} ，心起爆只能获得轴对称回转体形的 EFP ，根本无法获得具有非轴对称凹转体特 aI ：的尾翼结构。为 r 满足尾翼稳定理论卜．的 15I 行稳定性要求，神： EFP 装药及约型 罩结构设计 H 寸总是苛求获得弹头部密实、弹尾部中空的 EFP 弹丸，以爆鼠使弹丸 质心前移。同时尽量增大弹尾部与弹头部的直径比，以提高弹尾部 Ⅳl 力和升力 j1 拉人弹丸脚 l 心与质心间的距离。这样获得的能够稳定飞行的 EFi) 必然是属十只仃 少量的头部部分密实其余大部分 r}J 空并带有中空截锥状尾裙结构的盯 I’ ，氽忙臼利 用中空截锥状尾裙结构代替尾翼实现尾翼稳定理论 F 的飞行稳定。实践证明，这 种结构的 EFP 实现稳定飞行是没有问题的。但是，是有缺陷的，它在很人程度 l ： 降低 r I'FI ，战斗部应有的效能。这主要表现在以下几个方面：污先， j ；有足够稳 定力矩的这种截锥状尾裙结构的 EFP 虽然解决 r EFI ，空气弹道段的气动力稳定性 nd 题，化是是以牺牲弹长和苛意控制药型罩的变形量为代价的。阂为只有减小药 型罩微元的变形量，才能避免过多的罩微元在罩轴线上碰撞闭合，才能实现中空 结构的 I']FP ；只有犬幅度减小药型罩微元的变形量，才能避免药型罩口部微元向 罩轴线方向收拢过多，才能获得具有足够耻 l 力及升力的大 LI 径截锥状尾裙结构。 只有大幅度减小药型罩微元的变形最，才能降低 EFP 的头尾速度梯度，才小至十 柏：尾部微元有较小变形量的情况 F 而被拉断。这就极人地限制了，获得大弹长的可 能性，从而会极人地降低 EFI ，的穿甲威力 。其次， f{j 于 I'FI’ 通常足以 4 ～ 6 倍 ’5 赫数的速度作超音速飞行的，根据空气动力学理 论，这种大 u 径截锥状尾裙结构 会产生极人的阿【力 ”“ ，使 EFP 弹道速度降很火，会极大的降低一定射距 L 的着靶 述度，从而降低其穿甲威力。第二 _ 三，侵彻性能要求穿甲弹体应』；有尽可能犬的断 向密度， flI ．这种结构的 EFI ，山于变形量受到极人地限制，弹径较粗，所以 jIIt ，空 部分断面密度较小，特别足其大口径的截锥状尾裙部分断面密度更小，基本没钉 侵彻能力，使 EFP 有效妖度降低，从 I 弧进一步降低 r 其穿甲威力。 对于通过装药端厩单点中心起爆方式获得的 I ：述结构 EFP 所存在的缺陷，一 随从事该领域技术跟踪研究的国内外专家都意识到 r 。并口．，从八 f‘ 年代未，九 卜年代 }{{ 开始，幽外一些发达国家的专家 ff] 已开始着手寻找解决这些矛盾的途径。 fIl 至今公布的具有实质内容的资料极少。阉内从几五计划开始，依托未敏弹项 n 也开始对此立项进行专题研究。 作为承扪该专题研究项目的 -ti 体，我们从偏心起爆对 EFP 成形性能影响这一 专题研究过程中得到启示，推测通过装药端血均布多点同时起爆有可能软得解决 l ：述 nd 题的途径。 从偏心起爆 F‘EFP 成彤 x 光摄影实验 r{ ，得 f{{( 见本人论文： “ 偏心起爆对 ¨ 中 成形形态影响的实验研究《弹道学报》第九卷，第一期 ”) ，起爆偏心人于 Imin 对 EFP 成形形态就有很大影响。而且，随着起爆偏心最的增大， EFP 头尾倾斜柙度增 加。但偏心起爆对 EFP 尾部的影响没有对其头部的影响大。随着偏心起爆髓的增 大， EFP 尾部对应起爆点偏置一侧的部分到 EFP 轴线的距离明显小于其余部分到盯 }) 轴线的距离。说明，对应起爆点偏置一侧的罩口部微元的变形最明显人十罩 u 郝 l ￡它微元的变形量，表现在 EFP 成形结构上， EFP 尾部对应于这部分微／ i 的部分 EFP 成形机用， l 乏天锤￡技术删究 19j 业卜【圳如 I 钢 2 ． 9 所示。可以设想，如果亿人偏心起爆的前提卜，采川装约端向 均 t J 多 J_H 时起爆， !J!|jn ： EI ： I ， I-d- 郝对心荇起爆 -i 挪他将会产牛卡 ¨J 峨的对称均， nJ 的 ‘J 起爆点个数引 I 叫的卜凹 Ix ，从 lnm ： ¨fl 弹丸 J 七部形 J 戊 oI 起爆， t? 、 L 个数川 J 司的对称均 tm0 突起。 l 州时， 十荇偏骨起爆 tLn ：装 约端晡对称均 0J 分们，， !J!|J 荇起爆点单独对 ： l’|) 成彤所产牛的偏剁设 J 越将， i 卡 ¨ 抵消。 即通过裴药端 ff 『『均仇多 tLI 叫时起爆，小仪 町以 n ： EFP 』畦部彤成对称均币巾 0 突起，产 ≯ 乍 7 ￡楚效 J 衄，以代盼姣锥状 J 毫裙结构提 fJC 量 弹丸 b 行稳定所需的稳定／ J 甜 ! ，减小 r 弹 ” 、 丸 E 行附／ J ，降低 r 弹丸弹道速度降。 I 几 J 时还她免 J’ 苛意限制弹体材料的变形艟， 迎免一 ft 空弹体的存 n! ， f ：提供厂捩榴人弹 图 2 ． 9 2mm 偏心起爆所得 EFP 照片 K 的可能。这一切嗣：对改辫 EFI ，战斗滞的 战技性能，提 l 盘 I 州，战： | ．郜的威／ J 是仃益的。 2 ． 2 ． 1 均布多点同时起爆与单点中心起爆 F ， EFP 成形现象对比 为 J7 能对将单，㈦ j ，心起爆改为均斫 j 多 i¨≈ 时起爆对 EFP 成肜性能的 j ； { 三晌行一 + 个矽 J 步的 U 、 U{ ，我们以卜述偏心起爆。史验所川狄约结构为琏 1f ： }{ ，亿 4i 改变杖约 -I^ lj 、狭约结构及约犁罩 }^ 构的 IjI 『提卜，仪改变起爆方』 ℃ ，利川 EFP 成肜 X 圯 {}i 影 其验术脱测两种起爆方』 ℃ 对 EFP 成』肜性能的影响。 ‘ 尖验方案如表 2 3 所示，． 表 2 ． 3 EFP 成形 x 光摄影实验方案 h 粱 起爆方， ℃ 驶药． 1”j 装药密度 裟药 ^ 仟 装药 r 岛度 弱型革材 (gem 1) 日 )(mm) (mm) 料及绌构 ‘ 单 tLl{ ，心 ’1= ： J}j 紫制 玎案 1 起诹 8701 1 7 60 48 椿下： |j|J ， 球缺彤 裟药埔丽 ’1= ： J|j 紫 {{l 《 q)40ram “x 下删． 方案 2 I ：均币 J 870l 1 7 60 48 球缺肜 二． ·iI JnJ 时 起爆 ’ 峡验所川改备为炎 N 惠谱公一 d 产的两台 1MY 脉冲 x 射线搬影机 ¨ ，火验 nj 铃如 冬 {2 ． 1() 所示。两种起爆方式卜实验所得 EFI ，脉冲 x 光照 ¨ 分别如 l 冬 {2 ．』 I 嗣 J 蚓 2 ． f2 ———————————————————————————————————————————————————————————————————————— ’ 南寐凯。 ≯ 航人人 ’’nIi I|ti{ij} 究 l 11{K“ l 如小 i ． ／ i{ 单 lLi| ，心起爆卜，所 f!j I'1 、 t ，为 4j!tq-#l ： l,,I 4-z<-1'4 、， It 火郝密。火 J 琶糊 jI|l!i!· 。带仃 戗锥状 J 苞裙结构。 卜为 J’ 』 k 坝 jL 穿甲喊， J ，所以咳改 i 十疗案没仃过分限制约吖 ’ 罩 u 挪微无的，叟 J 肜时。成肜 J 一， l 小 I ， J ￡嗣；戗锥 f4 、 LJ 轮 4i 址很人．，晰 n ，弹仆 t 1i 渊分所 Il ，比例也 -1 ；足 { 艮人． H 足 f1 ：截锥体部分足 lIt 。 ln0 ；利川两 ff 脉 7I|l x)7 ： 4-JL Tb!! f!} 的个 J 几 Jti ． 1 刎的 li 形态 x)Tx J!",t J1 处岬 陔 I 11 I 弹丸的顷心述股为 I 461)mi 一，押 7-L 、 r 均 K 钏【匕为 2 ． 6 ．． n ．均打 i i ， L¨ 时起螺 f 、． n ．椰 I 丌 j 时刎 f{I 弹休被 j 々断为 f2 ， 1i 能 J 肜成 il{ 常的 I{FIk f|IjL 质心迷 J 楚 ji ：没仃人的变化，约为 1,52lin ／ >l’ 整理得： P ／ 5 ， +1+ 打萨了苏 i (2 24) 7}1fi 2——— 、 ■ 一一 p2 ／： —4 r 2+r+—l+ ．、／ 17 r 2 +2r+l (2 25) ／ Pu 2(2r 2+r 一 1) }}j 公式 (2 21) 代入 c ／，， 2 ％． +1) 及公式 (2 24) 、 (2 25) 牾珲搿： 1)2= 而 D(r-3+ 瓜丁 而 4f ， +11 、 ’ (2 26) 对于凝聚炸药的爆￡产物， l} ：纳热指数可近似取为，： 3 ， !jlfJIli filif 『 i 公 I℃ 得： 圪 =2 49 只，， P2=l 32p"D2=O 79D ， f ， 2=0 n ， 1 、 Lo‘ ，， 此可见，柏：多点同时起爆情况 F ，装药爆轰过程 t 川 j 单点中心起爆情况相 比确实 _lj ；现． r 很强的局部超压现象。而 R ，超压 Ⅲ 现位置卡 fI 对于间一环形罩微兀 足对称分彳 lj 的。即对十 i 点起爆来说，在同一环形罩微元 l 二，超压出现位簧足棚 问 1200 均前 i 的。似是如果这种超爪载荷出现后不能继续维持，则不能影响药型罩 的肌垮变形规律。那么超 H 、载荷 Ⅲ 现后其发展变化规律如何呢 ? 下面我们分析装 药的继续爆轰过程。 从两起爆点 0)0 ，同时传 }|{ 的两个爆轰波 ni 起爆点对称平面 A 。 A ，处发牛对心 Ir 碰掩后，爆轰波阵 ff 『『与起爆点对称， f ，面 A 。 A ，的夹角开始 }|1 零逐渐增大。这时将发 71- 爆轰波的斜碰掩。根据冲击波理论，斜爆轰波碰撺点处胝力也会升高，并几．也 彤成两道斜反射冲击波以一定角度向两边爆轰产物 t}· 传播叫去。斜碰撞时， m 于 碰掩角度的 4iI 叫，所 Hj 现的现象也 1i 问。当两爆轰波波阵向间的夹角较小时，通 过爆轰波产物流动的折转角度与通过反射冲击波产物流动的折转角度卡 ¨ 一致，袒： { 碰撞点处只产乍发射冲击波。 随着两爆轰波波阵匝 必角的增人，通过爆轰波阵面产物流动折转角与通 过反射冲击波产物流动折转角都在增加， !_ 两爆轰 波阳：而问必角达到菜一临界角时，两折转角将小 f1} 一致，造成介质行：碰捕 1j 商处的堆积，迫使反射冲 击波卡 ¨ 对十起爆点对称彳【 ffi} ：移 ( 即离开起爆点对 称 1‘ 新 ) 至距碰捕点一定趼离处，并形成新的冲击 波 ， § 赫冲击波。 n 。叫，击波理论卜，把前者称为 J 卜 U1 胤斜碰撞，后肯称为非 II 二规斜碰撞。 爆轰波斜碰撞一 } ，，将遇到流动通过斜爆轰波以 及流动通过剩冲击波的情况。不论斜爆轰波 ’j I 『 i 爆 图 2 ． 16 斜冲击波阵面两侧 轰波之问，还足斜冲击波与 lIi 冲击波之 fHJ ，／ fi 州之 的介质流动 处 }j 要相：于增加了切向流动。如阁 2 16 所示。矧示 南京航空航天大学博士后研究】．作报告 为斜冲击波不动的相对坐标系内波前、波后介质流动情况。冲击波阵面可看作为 强间断，根据文献【 31 】： “ 强间断面根据其性质可分为两人类：切向问断和法向间 断。爆轰波阵面间断属法向间断，法向间断是有流体穿过的问断， ni 穿过浚、向问 断的质量流、动量流和能量流，由质量守恒和动量切向分漪守巾 j 可以导 切向速 度连续的条件。而在斜冲击波 ( 斜爆轰波 ) 法线 fi 的守恒火系 Jli 是 J 卜冲击波 (II- 爆轰波 ) 阵面 L 的守恒关系。 ” 据此，设 (1) 区的介质流速为 U ，， (2)IX 的介顾 流速为 U ：，并设，，，、 p ，、 P ，分别为 (1) 区介质的门 i 力、密度、比内能，哆、仍、 e ，分别为 (2) 区介质的压力、密度、比内能。根拥波阵而 I ：的守恒条件有： 质量守恒： P 。 ( ， I 。 = 以 U¨ 动最守恒： B 一只 =P 。 Ul 。 (( ，。一 U2 。 ) pltimUt|=p 毒 j 2 。 Un 能量锄 ，十 lpl( ： l+ 钐。％ +U2 2+ 钐： 质最守恒和动量守恒得： Ul r=U2 ， f ：』 ℃ 表 f 鲥，斜冲击波可以视作 lF 冲击波与一个均匀切向流动的叠加。问样， 斜爆轰波也可视作正爆轰波与一个均匀切向流动的蒋加。虽然切向流动不变，仇 法向流动通过冲击波 ( 或爆轰波 ) 后有突跃变化，尉此，斜冲击波 ( 或斜爆轰波 ) 前后流动方向也小一致。首先研究 ll! 规斜碰撞的情 7 兕。 对于 n ：规斜碰撞来说，从两起爆点发 }{{ 的两强度相等的爆轰波的 JE 规斜碰撞 也可视作其中一个爆轰波对刚性壁面的正规斜反射。如图 2 17 所示。爆轰波以一 定角度对起爆点对称平面 A ． A ， ( 可看作刚性壁面 ) 进行斜碰掩，碰撞后产难斜反 射冲击波。一般来说，在爆轰波斜碰撞过程中，反射角与入射角并不相等，并且， 碰撞点也一自在运动过程中，整个过程是一种不定碰过程。为 r 研究问题的方便， 把华标原点取在碰撞点上，并随波阵面一起运动，即把坐标原点固定在图 2 17 F 图的碰撞点 0 f ：。根据文献【 31 1 ，仍只考察碰撞点附近的情况，并把碰撞点附近的 爆轰波阵而曲面及反射冲击波阵面曲面近似以两波存碰撞点处的切平面代替，则 碰撞点附近的流动图象如图 2 18 所示。图中 0 点为学标原点， 0I 为入射爆轰波阵 而， OR 为反射冲击波阵面， Q 。为入射角， “ 为反射角。 0l 、 OR 把整个流场分成 i 个 IK ： (0)I)( 为未爆炸药区； (1)I 琏为爆轰产物区； (2) 【 X 为反射冲击波后 I)( 。 往 0 点／ fi 动的坐标系中，流动变为定型流动。 (0)Ⅸ 以爆速 I) 垂直流入爆轰 波阳：而，而爆轰产物以 D 一 0 。的速度年直流出爆轰波阵面进入 (1)IK 。然后，流 动再以另外的速度垂直通过反射波波阵面。从平行于刚性壁面的角度看， (0) 区 以平行于刚性肇腼的速度匕 =D ／ sin‰ 流向爆轰波波阵面，而后 向内折转一个角度 0 ，以速度 u ．流 m 爆轰波波阵面进入 (1) 区，并以 u ，的速度流向反射冲击波波阵 而。穿过反射冲击波波阵面后流动方向再度发生折转，根据 (2) 区刚性擘面条件， 流动速度 u ：，的方向平行于刚性壁面。下面分析各区间参数变化关系。 EFP 成形机理及关键技术研究 首先考察 Ij 】 (0) 区到 (1) 区各参数问的变化关系： (1) 区是斜爆轰波后的区域，根据前面关于斜爆轰波的分析，和：斜爆轰波法 线方向． I 二可以采用 lE 爆轰波参数计算公式。 设炸药装约密度为岛爆速为 D ，则： ij ： PH ：三州 )2 ， +1 P2pj ， 2——pn (2 28) D-Un 2 南 D q ％ = 南 D 式 t} ，： C ，、 C 。分别为 (1) 区介质音速及爆轰波 C—J 面处爆轰产物介质的音速。 化斜爆轰波切线方向一 L ，按切向速度不变有： U ，。 =D ／ t 幽。，所以 (1) 区的流动速 度为： l|j ：再 ■ 丽 j 孓 (2 29) 纠， 1 ／ ( 南 )2+“ 豳。 M ， = 等 =J|+( 等心侣 2‰ 一弋 ·h M 为 (1)l 式介质流动马赫数。 按照波前波质的几何关系得： ，譬 (p 。一 p)=÷ 馏 ( 五 ， +I 『、 V 川 i 角公式：信 (C)o-0)= 黑代入 l ：式得 僻彘 (2 3 。 ) 1 ．式给 }i}-r 爆轰波入射角与产物通过反射冲击波后的流动折转角之问的关系。 n 近似取凝聚炸药爆轰产物的绝热指数 r≈3 时的 ‰ ～ 0 关系曲线如图 2 ． 19 所示。 茸康航中航人人。誓 ”¨lj 研究 f 作报 入射螺轰波 11 入射螺轰波 12 图 2 ． 17 两强度相等爆轰波的正规斜碰撞 R 2) |△12 图 2 ． 18 碰撞点附近的流动图象 EFP 成 ! 堡 !! 墨丝茎壁丝查塑 !!———— 一 ————————————————————————————— 一一 墨 留 曼 童 丽 FaiO ／ (dBgree) 图 2 ． 19 Q0 ～ 0 关系曲线 从 ∽ ～ o 火系 l¨I 线可以看 ，起初随着 q 。，的增加， o 也增人， ”’e 达 -fl 【 2 人值 ^j ， " ，、阿继续增加， o 反而减小。说 |ujo 并， 1i 随皑，的增加嘶九限增人，表州【卜规斜反射 许小是 4 ：所仃条件卜都能仃 n ：的。 卜而考察 (1)k 剑 (2)K 符参数 M 的变化灭系： (2)IX 是斜反射冲击波肝 Ⅸ 域。 n ：斜反射冲市波 “i 线方向 j ：可以采』 }j I—l‘ 南 波『训打流动 j 什 lf 天系： 质砖守怛：，，，， c ， =02f ， 2 。 。 ℃lI t 。、 b 分别足 L ，、 Lj 相对斜反射冲击波阵面的法 J 柚速度分最。 儿 ●U 天系社， f ，。 =( ， 1 sin(Q2+p) 代入 L 式得： ％。：盟 f ， l sin(Q2+ 目 ) (2 31) p2 代入 ¨ 。 L 。公式，几『邂用 M 。 = 导整理得斜反射冲击波前后 Jk 力比为 ％， -1+ 州 (1 一形。 )si n 2(” 口 ) (2 32) 能盛守恒： e2-elt= ； ( 咒 ∽ ， )( ％心 ) 查塞塾窒塾盔叁堂堕． ! ：巫竺壅 ! 堡塑堂 一 f2 331 矗： - 他担，未 l- 附近仍忽略爆轰产物膨胀的影响 状态方程仍采 Jlj 只考虑分子问排斥作 J{j 的凝聚体状态方程： 1)-! U7 (2 34) 。万 驴 A 将式 (2 ． 34) 代入式 (2 ． 33) 得： 钐 矧％ +· (2 35) ，：， 上一十 l 乓。 r 一 1 将式 (2 ． 32) 代入式 (2 ． 35) ：利』 }j ％， >>1 整理得： ％ = 川 2r M 2 sin2(Q ：删一鬲 r-1 f2 ． 36) 将式 (2 ． 36) 代入式 (2 ． 35) 得： p ：／： !!±!! 丝 ! 尘 ! ：垫 ±!! (2 37) 2 ／ Pu(r 一 1)^71 sin2(Q2+0)+2 利川儿何天系 c ， 2=U2n ％ sin 9 ：爿：代入公式 (2 ．：； 1) 得： ( ，，：盟 f ，． —sin(Q2—+O) f2 38) 根据斜反射冲击波前后切向速度相等得： 生：堕 tg(Q2+ 目 ) ，譬 Q2 代入质鞋 i" 疽方 lr ， l 二得： (2 39) 馏 Q ：』形。 tg(Q ：圳 利川：熊公式：， gQ ： = 篙篝揣代入式 (2·39) 整理得 ： 孵筹 EFP 成形机理及关键技术研究 ， c 臼一 [M l 2 sin 2(Q2+O)-1]ctg(Q2+O) (2 40) M,2 【 ’ ， 1 一 sin 2(92+ 口 ) 】 +1 利川 i 角函数 sjn 2(Q 。 +p)= 若端变换式 (2·40) 得： 嵋 3(9 。 + 臼 ) 一 i 了：畿 f92(Q ， + 口 )+i(r7 二 + 了 l 币 )M12+2 ， g(Q ： + 臼 ) 十一 ———— 二 -—— 一 =0 【 (r 一 1)A ，． ‘+2]tgO 对 I ：式求导，便可确定 ! 鼍 t90 取得极大值时，啦 (Q ： + 臼 ) 的值。若近似取凝聚炸约 爆轰产物的绝热指数， ≈3 ， jf 令羔 = 。缁： 啦。 (p ： + 目 ) ： —M14—+M—i 2—+1+— 、 f ／ (—Mi 4 、 +M 万 12 丁 +1)—2+(—MI—4-1—)(2M—12+1) f2 4I) 利川公式 (2 ． 41) 可以求出对应于来流码赫数为 M ，的最人流动折转角 0 。一， ：规斜碰掩时，其流动折转角 0 必定小于 0 ，可以此来判断是否属于 JI ：规斜碰 撞。蚓 2 ． 20 足利 J}j 公』 ℃(2 ． 40) 作出的对应于不同 M ．时， (Q ： + 目 ) 与 0 问的关系舳 线。 从图 t{t 可以舀 jl{ ，往给定 M ，条件卜，一个 0 对应于两个 (B+ 臼 ) 值，分别列 J 、 V 十强解和弱解。根谢文献 [32] ： “ 实验证明：由方向决定的 H ，击波即 f{{ 压缩折转 ·jj 起的斜冲击波实勋 i}{{ 现的都是弱解。 ” 网此，对于现在所研究的以流动确定斜 J 爻 射冲击波的情况，』、妒 ' 取角小的 ( 蜴 + 曰 ) 值，然后根据所求得的 (Q ： + 曰 ) 值，通过 以 J ：各式可求 fIj 斜反射冲击波后 (2)l 逐的参数。从图 2 ． 20 中还可看 m ，对于每一 个 M ．值，郁对 J 遵一个最大的流动折转角 0 ，只有当实际流动折转角 0 小于对应 南京航审航凡人々 _ 冉 I ． J—j 研究 I f1 。报扎 的蜮人流动折转角口。。、时，斜碰撞才橱十 ¨ ：规斜碰撞。 (Fai2+Sit 叫／ (d 叼 rea) 图 2 ． 20 对应不同 M ．时， ( 鲮 + 臼 ) ～ p 关系曲线 卜述研究也表 19j ，神：多 J_Jrd 时起爆情况 I- ，装药爆轰过程 t{ ，来 f| ／ 1i 『叫起爆点 的 | 丌 I 强度 c 。 J 爆轰波订： jt 起爆点对称、卜【 f 『 f 处发 7I- ： if! 规斜碰撞的整个过程 -}- 都会 n ： 起爆点对称、 r 而附近造成卡 ¨ 对于 C-J 爆轰的很强的局部超 Hi 。 } 『 Ij n ．，超爪 现化 簧干 ¨ 对于』州一环形罩微几仍是对称分彳 fi 的。即对十 j 点起爆来说， ni 删一环形罩 微／二 I ：，超 J 川 j 现化簧仍足卡 H 问 1200 均《 i 的。许日．这种超 ni 载衍 f{{ 现后，随着爆 轰波 I 卜规斜碰掩过秤的继续将继续维持。那么，根据图 2 20 ，对十给定的 M ．值， 炙际流动折转角臼人十对 f 嘲均蜮人流动折转角口。。、时，也即 “1 来 f| ／ fi 同起爆 的 C_l 爆轰波对起爆点对称、 l ，而的入射角增人到某一临界债后，流场状态参数的 变化规律义 u1 如 tⅡl 屺 ? 这时，岍。十二通过反射冲击波波阵嘶流动 {i} 次发 ’I-_ 偏转的流 动折转角 L 达极人值， 7E 小会随荇爆轰波入射角的增大 I 盯增人，反 f 町足随肴爆轰 波入身 J 角的增人 ln 协￡小 ( 见 1 剞 2 ． 19) 。表 IljJ ， 1i 冉仃既满足斜激波条什义满足【古 l 譬 条 f ， I ：的解。这时应 Ⅲ 现一个非均匀的过渡 1)< ，即流动越过激波历仍小满足 J 古 j 蛙条 什，经过渡 IK 历，流动才能 fl} 转阳甲行于 | 古 I 肇，盘 ¨ 脱体激波那样。从而造成碰撞 ^Ⅲ 近物质的堆积，迫使反射冲击波 I ：移， · ，入身 J’ 爆轰波交卡距离越爆 ^ ： i 对称、 } ， 丽一定距离处，形成屿赫爆轰波，构成非 If- 规斜反射，如图 2 ． 2l 所示。 EFP 成肜机婵及天键技术研究 图 2 ． 2l 两球面爆轰波非正规斜碰撞波结构在装药端面投影图 1 刘 2 ． 2l·h l 为入射爆袅波， R 为反射冲击波， M 为码赫爆轰波， ()s 为滑移 线，也称接触问断。 (())I)( 为未爆炸药 ix- ， (2)I× ：为反射 pIl 南波后 I x- ， ( ： {)IX 为 ， } 赫波肝 j)< 。卜 - 『 fIf 对， § 赫波的空 | 、 HJ 彤状作一简单描述。 从对两 ^ 对称起爆卜，装药爆轰过稃， {J’ ， § 赫爆轰波结构发腱变化的分析钼 I ： j 斟 2 ． 21 ， } ，的 z§ 赫爆轰波胖 + 而心为、 ) ： f 起爆点对称、 r 向 J 二的回转曲面。考虑起爆。【：、 对称、 Ij 而一侧的， 5 赫波，如 I 翎 2 ． 22 所示，蚓【 }J 130 z 为两起爆点对称 “t 啊，， § 赫 波阵而为㈣向 AM ． CCAM 。、 f7 而 BDD 为 i 波点、 r 『 { 『 i ，， § 赫波 m ：而【：的弧 ． 4 A ，。 (’ ／ f ：此 i 波点、 I ，而 I ：．弧 AM(1ni 起爆点对称甲 llIi 上。 If|1 线 AA 和曲线 CC 为， I 赫波曲面 ’j 狄药卜端 m 的截交线。捌弧 ”G” 为该 tI 赫波 n ：起爆点对称、 r 向 130Z I ：所对心的 tI 赫波尽圳弧。， § 赫波基蚓弧的位胃足即将出现 j§ 赫波的化骨。 随着装药爆袅的继续， -§ 赫波 Ii ， } ：向从 ·5 赫波展网弧开始沿鹰网弧的径 m 及沿】硅阿 起爆， t 、 I 对称、 fif 『『『的方川刊时增 K ，形成绕两起爆点连线的叫转两。 前面 L 绛提剑，。 1 爆轰波入射角人十某一临界角肝，反射冲击波衍即 (2)f× ：的介 质流动速度 u ， L4i 能继续彳行于【古 I 擘面， 衙仍然要求反射冲击波继续氲接和 l+l 譬表向干 ¨ 接触 L ／ 1i 可能。这时入射爆轰波和反射冲击波的交点将离开同壁丽。 t 一 亿一 h 多年前。 5 赫 (Mach) 就发现，这时，入射波平 |I 反射波的交点和嘲键表而之 lHj 现 r 一个新的似 I 、 HJ 断，就是 r 5 赫波。 “ 对于爆轰波 r5 赫反射 Inr 苦，它实际 l ：就 足爆轰波。， 5 赫波通常并， 1i 是均匀的平而波， Inj 足某种弯曲的激波 l 。 ” 实际 l ：， 32 —————— 』塑堕坠型堡坠婴型堡：塑 套要舯婴銎擘挛掣，： ： i! 燮 | ： (i 誓的流场足很复杂的，其一 f ，仃 ^ ：仃多利，波系纠；构 ∞ 涮 o’ ，全今还尤法彻底解释清楚。 flI 仃人把马赫波近似处矗蕊商；谲菠 i ；罕霖。 = ； !j 。 图 2 ． 22 马赫波阵面形状示意图 (0 T 图 2 ． 23 爆轰波在刚性壁面上的马赫反射 EFP 成形机理及关键技术研究 已取得较好效果㈩ I 。对于本文研究的情况，总结前人的经验， _j{ ：兼顾进行流场分 析的可行性采用如图 2 ． 23 所示的波结构。这 41 ， I{1 于对称性，已把两 l 司强度爆轰 波在其起爆点对称、卜面 l ：的非 11i 枷斜碰撞所 }|i 现的现象等效为其中一侧爆轰波对 刚性鼙而的非 Il! 规斜反射。 图一 } ，， 0I 为为入射爆轰波， (jR 为反射冲击波， (" 为马赫波曲而，』￡ f ：符点切 阿 1j 川性壁面夹角 p 在编 {l 】 9() 。之问变化。 ‰ 为爆轰波对刚性壁何的入射角。 拒 l 点处， t5 赫波切平面晕随十刚性譬面。住 O 点处，马赫波切、 f 向 jj 蛙面方向 火角为 ‰ ， O 点为 i 波点。我们选择 +j 0 点一起运动的坐标系。 ih 于 O 点 后而的 流体都足来自入射波和马赫波前面的 (o) 区，然而一部分是穿过 j5 赫波 ()1 、这个 强问断的，还有一部分流体先足越过入射爆轰波阵面 oI ，而后再穿过反射冲击波 ()K 的。如果这两部分流体间无法向强间断隔开，则它们的压力应相等。由跨越激 波的熵增是激波前后压力差的 i 次方量级可知 ‘”} ， }}_j 同一状态开始，部分流 Ⅲ 经 过一次激波胝缩的熵增是 0[(AI')’] ，而另一部分流团经过两次压缩其熵增是 0[(△ ㈨ 3]+o[(△h)3] ，而 △H+△P ， =△n 故一次压缩的熵增总是大于两次肷缩的熵增， } 犬 jfnj 密度也 1i 同。这样，往反射冲击波 oR 和马赫波 ()T 之问～定存和：一个切阳间 断，它仃时也称作接触问断或滑移线，我们用 OS 表示。这样， i 波点附近的流场 就可分为四个 I 蔓：入剿波 0I 和屿赫波前未受扰动的 (0)Ⅸ ，入射波 0I 后反射冲 击波 ()I{fjl 『的 (1)I 式．反卒 { ：波【 )R 和接触间断 ()s 之间的 (2) 区以及马赫波 OT 平 ¨ 接触间断【 )s 之间的 ( ： j) 区。 7l ：接触间断 ()s 两侧， (2)I 式和 (3) 区的介质满足 J1i 力十 ¨ 等及浙 e 动方 J 相互干 |j 斗 ‘ 行。 n ： 0 点午 ¨ 对 4i 动的坐标系【 {1 ， (0)∽ 以 “t 行于刚性擘面的速度 U 。 =7 么；。。 ／ ) ￥ o 流 Im 入身 J 爆轰波波融：而，而后向内折转一个角度 o ，以速度 L ，流出爆轰波波阵而 进入 (1)I x ．： (1)lx 介质以速度 L ．流向反射冲击波波翻：面，穿过反射冲击波历 流动折转角为￡ <0 ， (2)I 基介质流速 L ，与接触间断 os 平行，它与擘向方阳的火 角为 0 一 P ， (0)f× ：介质通过马赫波到 ( ： {) 区，流动方向也发， {i 偏转， j ￡偏转角 为 a ， n ：， I 点处， ct=O ，满足擘面条件，神： 0 点处， a=e—c ，满足接 触问断条件。 靠： ’} 、点和 () 点之 | 、 HJ ， d 从 0 到 0 一 e 连续变化。 (0)K 到 (I)K 参数 ff=jJ 的变化关系，与爆轰波对刚性壁面 lf! 规斜碰撞情 况 {1lI 川。， (1) 【 x ．流动速度和流动折转角可 m 式 (2 ． 29) 、 (2 ． 30) 确定， (1) 【 x- 的状 态参数可 li 】式 (2 ． 28) 确定。 |{j(1)IK 剑 (2) 【 K 参数删的变化天系，从规律性 j ：蜕， ‘j 爆轰波 IF 规斜碰 =}li{ 情况十 Ij J 一， " 足 于通过反射冲击波时，两种情况卜的流动折转角 4i ㈣，闪而， m 爆轰波 fF 规斜碰掩情『兕卜．的仃关流动速度和流动折转角的公式／ fifJ ： } 适用。在爆 轰波非 j 卜规斜碰撞情况卜，通过反射冲击波的流动折转角是 e ，这时， ff{ 斜冲击 波前后切向速度干 H 等得： 黑：蕊 ‰‘ ( 2 、 42) 嵋 (Q2+ 口 ) 豫 (Q2+ 护一￡ ) 堕室堕室堕丕盔堂堕 ! 堕堑塑 ! ：堡堡堂一一 ———— ljj 波阵由 J ：的守恒方程： (2 43) 质疑守啦 f ： Pl ， f ， ¨=P2U2 。 (2 44) j ￡ t1 J ， UI 。 =( ， l sin(Q2+ 口 ) (2 45) 则 ‰ 。 P 仍 "t ／ ·sin( 凸 + 拶 ) 动最守恒：咒～％ =P 。 ( ，。。 (f ， l 。一 f ，：。 ) 联盘以卜各式得： 譬： 1+ 孕 f 印 (1 一堕 )sill 2(Q ： + 口 ) ～ ， j ， 局一 P2 义 I 划为了 PIt 二， M II 』 ” ％ 2 堕 q 犯 46’ |J!IJ 象 -1+ 州 ” 形： )sin2(” 护 ) 能最守如 l ： e2 一 P ，， ==1(B 十一， ) 【 DⅣ 一 V2) ， ’=Au 。 状态方程仍采 j{j ： A } ”F 面芦』 将状态方 {2 代入能嚣方程得： ! 』 ■1)+1 一 P2 一 ! 二 ! 垒。 (2 47) PH 咒 ． 7+1 i i3li r 一 1 将式 (2 ． 46) 代入 j ：式得： ( ％ )2 一土 r+l 【 1+ 删， 2 sinⅥ ：㈣】％，十 r 等 l[M'2 sinⅥ 州 ) 1 】 4-1=0 lJ ／ 解此方稃并注意到。 } ／ J>>1 得： ， ●Ⅳ (2 48) 瓷 = 五 2r M12 、一尝 1 PH r+ r+ 将式 (2 ． 48) 代入式 (2 ． 47) 得 35 EFP 成形机理及关键技术研究 ％ = (2 49) + 一 ” 必竹 ： L 甜 S—n m 一 1 1 一 Q 仍一一 + 一目 西一卜 Ih)Lfq 关系得： f ，．： —— ： 4 1 11 ‘sin(( 五 +0 一占 ) 将 J 弋 (2 ． 45) 代入 l ：式并利 J{j 质量守恒及式 (2 ． 4'2) 榭 憎 (9 ： +p—s) ：堕， g(Q2+ 臼 ) 肪 变换 j 角函数：惶 (Q2+o- 占 )=ilgi(Qi2 互 + 了 o) 百 - 丽 tge 秘 2 嘶 P 2 (1 一 P")tgW2+ 口 ) 将式 (2 ． 49) 代入 I ：』 ℃ 糕理得： 2 【 Ml sin 2(92+ 目 ) 一 qctg(f)2+ 口 ) (2 50) a4,2[7 ； 1“n2( 蜴圳 式 (2 ． Ⅲ1) 外利 J" i 角阑数 sin 2(Q ： + 印 = 端变换式 (2 ． 5 。 ) 得 嚷 2(Q2+0)- 。 F(r+ 丽 1)M i 2+2 侣 ( 鸥 + 口 ) 2 十 ———————————=——————— 一 O 【 (p 一 1)Ml 2+2]tgc =0 得当但占取得极人值时，憎 ( 姨 + 目 ) 心满足如卜天 南京航空航天大学博 L 后研究 1 作报告 魄埘： —M]4+m— l 2+1 巫 + 、／ (M 萼 j4+ml 孚 2+])2 巫 +(M14 巫 _I)(2 M 2+1) (2 ． 51) 对应于每一个 M 。值，都有一个￡ 值， n ：爆轰波非 l 卜规斜碰撞情况卜，该 s 值必定小于 |{j 式 (2 ． 30) 计算出来的口值。也即蔚川式 (2 ． 30) 计算出来的口值代 替占代入式 (2 ． 50) 进行计算，在 0<( 驮 +0)<900 范围内．式 (2 ． 50) 必无解。可 这两个条件判断是否出现爆轰波非正规斜碰撞。 I 臼式 (2 ． 50) 所描述的 (p ， Jr0) ～占关系曲线与图 2 ． 20 中曲线相同。只不过此时的 纵坐标不是臼而是￡。 (0) 区和 (3) 区间参数关系： 仍然将 t{ 赫波前后的流动分成法向流动和切向流动两部分。对其法向流动采 J}j 基本方稃组求解。则 (0) 区和 (3) 区问参数变化关系为： It J)L_f,q 关系得随。点一起运动的坐标系中马赫波的速度为： D^ ， = 丽 D sin∥ (2 52) f ， 0= ％。 Q 。 il J 波晔向卜的守恒万程： 质最锄 f ： p 。蜴，：岛 (D 、，一㈩ (2 53) 联妒式 (2 ． 52) 及式 (2 ． 53) 得： f ， ^ ， = 面 D sinfl(1 一％ ) 动硅守恒： B—R=P 。 D ．， [ ， 1 ， 略去 I’ 。，并代入协，、 U 。值得： 冀 = 等警 ¨ 钐，， 上式两边同除以 PH ，且运增％ =÷P 。 D2 得 ， Jrl EFP 成形机理及关键技术研究 ％，却 +1) 老 ” 钐， ) (2 54) 能吊 i) ： ·f|f ： P ，一 P 。 = ； ( ， ){+ ， j)(u 。，一 u ， )+ 材 p ． 其中珂为过度 Hj 缩系数，一般取， 7=11 ～ 1 2‘“ 。 1k Au 。 状态方程： A l I 。 2—(r—-—1)v— ， --1 咎一等 = 扣～，： ,)(Vo-v3 抑 G l ：式【 }1 略太 ro 、 c 。后变为： 等 = 扣 ‰ 训嘲． 百 1jtOH= 互 1 ％ (‰ 一 q ， )+p ．， 孙 ”2l(r' ．一 v01) ，代入能甓方麟： (2 55) 钐， = 是 + 南鲁 将 - 弋 (2 ． ij) 代入式 (2 ． 54) 得： f 旦 ]2 ．三辈笪 + 塑掣： o l ％ J sin 29 。，，；，。 sin 2 骗 “ 解此方程 j 他 E 意到 B ／／ P ． >>1 得： ％， = 豢 c ， +√1 r ／ sin 2 Qo (2 56) 将式 (2 ． 56) 代入 式 (2 ． 55) 得： ptt ／： ∑l ， 1 ／ i11 qsin 2 Q 。：， (2 57) ‘) ／ p3 r+1 、 38 南京航空航人人学博 { ：历研究 1 ，作报告 ¨j)Lf'J 关系得： ，，，：竺 [ 盥 ’ sin(,6' 一 Of) 将， ^ ，、 l ／．，父系 J=I= 代入 l ：式 71} 翌 111 笪 鱼 (2 58) sinQo sin(p—a)P3 盟：坐二丝 fgL8 一旺、：璺生 198 孵：掣 亿，。， 、十 p 0 p p‘t92 至此， ’ 爆轰波非 Jf ：规斜碰撞确定后，对应， § 赫波 I ：对 J 畦／ 1iI 司点处的 ∥ 角 值，利』 }j f ：述公式，可求 Ⅲ 对应 t5 赫波后的流场介质参数， j 、 P ；、 f ，；及流动折转 角口。 2 ． 2 ． 2 ． 2 装药端面均布三点同时起爆下，装药爆轰特性分析 前而天于装药端面两点起爆卜，两个爆轰波稍 j_fJ ：作用的讨论，可以推广刮装 药端而均布多点同时起爆的情况。如装药端而均布 i 点【占 1 时起爆的情况 ( 如图 2 ． 1 ： { 所示 )”1 化于点 o ．、 0 ，、 o ；的 i 个起爆点同时起爆后，从 i 个起爆点同时传 的 i 个 c I 『爆轰波分别以卡 H 同的爆速，各 n 独讧地向炸药内传播。 !_!j 从两千 H 邻起爆 0i 传 m 的爆轰波传至该两起爆点对称平而处时将发生两爆轰波的卡 |{lt 作 J{j 。扯装约 结构一定的条件下，其相互作用根据起爆环半径及装药岛度的／ fi 问， n0 ￡起爆，、 I 对称 t 甲面处将依次出现与两点起爆时干 || 似的对心 Ili 碰、 II ：规斜碰和非 Jl- 规斜碰 i 种情况。对其碰撞点附近流场的分析计算 ‘j 两点起爆时相同。并几．，靠：一 i 问时 起爆卜， j 个爆轰波的碰撞图像及其变化规律也 ‘i 两点起爆时卡 H 同。两点起爆卜 | ， 两个爆轰波正规斜碰撞时碰撞点连线近似为一个位于两起爆点对称、 { ，而 l ：的恻环 的一部分。 ：点起爆 时，三个爆轰波传至装药轴线前两两止剃斜碰撞的碰撞点连 线分别近似为位于该两起爆点对称平面 t 圆环的～部分。该圆弧的圆心即为该州 EFP 成形机理及关键技术研究 邻两起爆点连线与其对称平而的交点。随着爆轰波的继续传播，如果仍不出现 ‘j 赫波，：：条碰撞点连线将与三个 c—J 爆轰波一起同时到达装药对称轴线。如果随 着两卡 H 邻爆轰波 jF 规斜碰撞过程的继续出现 r 马赫波，那么， ■ 点起爆 F ， i 个 c_ ． I 爆轰波两两相互作用出现马赫波的条件与两点起爆下相同， n 出现马赫波后 的碰撞图像变化规律及流场的分析计算也 1j 两点起爆 F 相同。两点起爆卜 I ，爆轰 波干 ¨ 吐作用 fJ ；现马赫波时，三波点连线近似为位于 ’7 行起爆点对称平面的甲面 I ： 的圆环的一部分，而其马赫波波阵面则是一个或于其起爆点对称平而上的环带的 一部分。该环带在起爆点对称平面处与起爆点对称平面垂直 ( 如图 2 ． 2l 及图 2 ． 22 所示 ) 。 j 点起爆下，相邻两爆轰波相互作用出现马赫波时，二波点连线也足化于 、 P 行起爆点对称平面的平面上的圆环的一部分，其马赫波波阵面也是．晓于起爆点 对称甲呵 Ji 的环带的一部分，且该环带在起爆点对称 、 It 面处与起爆点对称平面垂 随。如果马赫波出现在三 C—J 爆轰波达装药轴线之前 ( 如图 2 ． 24 所示 ) ，则三 C-,J 爆轰波将小在装药轴线上相遇。图中 B 点为相邻两起爆点连线 ‘j A—A 剖面的交点。 它即为马赫波剖面线 MNF 的圆心。从图中可以看出，随着爆轰的继续进行， i 波 点连线将沿着三波点平面向起爆点与装药中心轴线组成的平面扩展，两相邻 j 二波 点连线最终在起爆点与装药中心轴线组成的平而上相遇并将爆轰波向装药轴线方 向传播的路径截断，随后便出现两相邻马赫波的相互作用。其中三波点平面并不 足固定不动的，它是随着马赫波的增长而逐渐远离起爆点对称平面，并推动棚邻 两 - 波点连线的交线沿起爆点与装药中心轴线组成的平面向着远离装药中心轴线 方向运动。如图中所示，两相邻马赫波随着装药爆轰的继续，会在起爆点与装药 轴线组成的平面上相遇并相互作用。由于马赫波也是爆轰波，马赫波问的相互作 J¨ 机理应与 c—J 爆轰波相同，根据两相互作用马赫波间碰撞角度的不同而 }{j 现不 嗣的作用规律。由于条件的限制，我们研究问题的装药直径一般不超过 80mm ，装 约．岛度也在 l 倍装药口径以下，因此，这种装药结构在端面多点同时起爆条 件卜 I 村 i 邻 r5 赫波间相互作用的位置已靠近装药轴线，在装药轴线附近的装药爆轰完成 之前，卡 lj 邻马赫波间的碰撞角度都较小，不足以产生新的强度更高的马赫波。如 图 2 ． 25 所示，、鼍两相邻马赫波相互作用不出现新的马赫波时，两相邻马赫波的交 线即为两环形 tj 赫波带在起爆点 0 ，与装药轴线所组成平面上二的斜交线，形状应为 椭网弧。随着装药爆轰的继续，相邻两马赫波的交线随马赫波一起逐渐向装药轴 线方向靠拢，最终，三个马赫波环带及 i 条马赫波碰撞点连线同时在装药轴线 J ： 棚遇并 m 现三个马赫波环带问的相互作用并产生强的反射 冲击波。 = ：个马赫波环 带及 i 条马赫波碰撞点连线在装药轴线 J 二的交点随着装药爆轰的继续沿装药轴线 阳卜 + 向装药内部传播，最终作用在药型罩 j ：。 钶 I 果马赫波出现在三个 c-j 爆轰波在装药轴线卜汇交之后，且马赫波的干 }f 11 ： 作 J}j ／ {i}{{ 现新的强爆轰波，则马赫波一出现， = 三个 75 赫波环带及 j 条马赫波碰撞 点连线便汇交在装药轴线上一点，随着装药爆轰的继续，其交点沿装药轴线向卜 - 阳装药内部传播，最终作用在药型罩上。 至此，我们已经分析了装药端面均布多点同时起爆 F ，装药的爆轰过程及其 波结卡勾特征。需要说明的是，在某些装药和起爆条件下，可能出现这样的情况即： ‘5 赫波 {{{ 现在装药轴线上的装药已爆轰完成，而靠近装药底部边缘附近还有部分 旋药没有爆轰完成时，也就是，在装药轴线附近，来自相邻起爆点的 c-j 爆轰波 ————————————— 垦巡 ! 塑盔查堂堕 ! ：堕型壅 ! ：塑：塑堕 11 ：『 ! 堂丰 ¨’f ：俐 +! 没仃 }l{ 现马赫波，马赫波只产乍于装约底部边缘附近米 rj 棚邻起爆 点的． 1q1-JI ：端 c 向 -,l 的投影图如图 2 ． 26 及图 2 ． 27 所示。 嘏 ’ A—A 脚曼与鞋筠中 -L 轴 }t 铝成的平面 图 2·24 三个爆轰波达装药轴线前产生马赫波时波结构在装药上端面投影图 } 鞋。 ‘J 廿 u 铀 } 《 a‘ 一 {2 影审 舻 鬟 、＼＼、、 ≥ 一荼 一 、 ＼ 也婚 ?!· 与杖 ijt”L 轴 } ￡ } 月 I 袁的平面 图 2·25 马赫波环带在装药轴线上汇交后波结构在装药上端面投影图 EFP 成形机理及父键技术研究 点对 } 尔平面 起爆点与装药轴；妄 组成的平面 图 2 ． 26 马赫波出现前 起爆点与装药轴；蔓 组成的平面 图 2 ． 27 马赫波产生后 42 南京航宅航天大学博士后研究 [ 作报告 以 j 二，在对装药端面两点对称起爆分析的基础上，借助于起爆点对称平面及 。 i 波点甲面建立 r 装药端而均布二点同时起爆下装药爆轰的分析模型，并对该情 况 F ，装药爆轰过程中，爆轰波的荆 I 互作用规律、波结构的形状特征及发展变化 规律和爆轰产物的载衙分布规律进行了讨论。如果 L 述分析是 jli 确的，那么当将 这种起爆方式应用于 EFP 装药 j ：时，由于马赫波超压载荷的出现，／ fi 仅能提高原 有装药潜能的发挥及 Slitj 率，而且还会改变药型罩微元的承载状态及变形方式， 产，匕对称非均匀压垮。 n ：如前面对偏心起爆试验结果的分析预测那样，可使盯 P 弹丸带 l 对称分布的尾翅。同时也为分析 EFI ，装药端面均布多点同时起爆卜．，药 型罩压垮变形规律及 EFP 成形特点奠定了基础。为 r 检验上述对均布多点同时起 爆下装药爆轰波结构分布规律分析的正确性，以及修正上 述模型中多处假定所带 来的误差，我们在原博士论文的基础上又进行 r 同样装药和起爆条件卜．的紫铜平 板压痕实验。 2 ． 2 ． 3 装药端面均布多点同时起爆下，炸药爆轰机理的实验研究 f{1 于装药的爆轰作用是瞬间过程，其间伴有爆轰产物且在炸药装药内进行， 往无力采用先进仪器设备同时进行多点起爆下的波阵面结构形状及强度测试的情 况卜．，我们采用平板压痕方法进行 r 研究。因为，平板上留下的爆轰波的压痕形 状可以反映波阵面的形状特征，不同种类的爆轰波在相同材料、相同厚度的平板 f ：留 F 的 J 在痕深度之间的关系反映了不同种类爆轰 波之间的载荷关系。在起爆方 式一定的情况下，／ fi 』 i 司高度装药的爆炸在平板一 E 留下的压痕变化规律则反映了多 源爆轰波在同一炸药介质内传播、相互作用及波结构的演变规律。 尽管博士论文期间曾对这项工作进行过研究，但由于博士在校期间较短，义 仃繁重的理论课学习任务的牵制，真正花在论文研究课题卜的时间很少。再加 l ： “1 时经费短缺及科研辅助条件的诸多不便，使得该项试验作得比较仓促，数据处 婵结果较为粗糙，川其建屯的计算模型的计算结果 ’ 孑实验结果有较大出入，对事 物本质的认识也较为肤浅，没能真正实现揭示事物本质，指导科学试验和产品设 计的日的。为此，借流动站工作的契机，本着揭示事物本质的日的．及补充和完 簿博 }j 论文 T 作的不足和缺憾的需要，重新进行了乒乓压痕试验，并对试验结果 进行 r 精心处理。 2 ． 2 ． 3 ． 1 实验目的 对 l{J 870] 炸药压 f{3 的同一密度、不同高度和直径的躁 J 柱形药柱进行不同起爆 环虹径卜 J 的装药端面均布三点及对称两点同时起爆时紫铜平板药型罩压垮变形回 收实验，观察和检测装药爆轰完成后，平板的变形及压痕情况，用以检验上述对 装药端商均郁多点同时起爆下装药爆轰波结构分布规律分析的正确性，以及修 Ij! 卜述模型中多处假定所带来的误差。 2 ． 2 ． 3 ． 2 多点同时起爆下，平板压痕实验方案 实验方案如表 2+4 所示。 EFP J 戍 jt+#++-j Lj 叩坡天避 { 女术似】 7‘ 表 2 ． 4 装药端面均布多点同时起爆平板压痕实验方案 装； 0 犍药 装筠 装蜘 起堪 越爆环 紫制、 r 紫州、 r ‘ 戈蚧 淡 ， I¨j “{' I ： ^ 般 律川 c{ ： ^ 坡 I 。 ii} 饭 hi' 扳 ”J4 镟敬 MM mm K ． 0HI MM rllm IllllI I 苒 H?{ 】 l ( 】 )H(J ㈠ 7 ． { (J)“j (I)H() ： { 2 苒 Hif¨ (1 JH(J 2( 】 1 ． ? { (1)115 t1)H() ： { 一 ： {# H7¨l (1)H(1 2n 【 7 ， { (I)t 、 5 ( 【 )H(1 ： { 1 苒 H7(¨ ("H() ： {2 1 ． 7 { (11h5 【 I)H(} ． { 5 茸 H?nl {{)Hn ． H f ． 7 ． { (p} ；． j rJ)ⅢJ ． { n 尊 H7()I (1)H() 11 】 7 { (})“5 巾 Hfl ． { 7 茸 H7()1 (f)H() j(I 1 7 ． { (1)h 五 (I)Ⅻ} ． { H4 H7()I (nf÷() 】 H 7 (n 15 (I)11( 】 I 【 ) ． { !14 H7()l 中一 () 21 】 7 ． { (1)1^ (I)“(} I() ． { i”# H 订 ¨ tp60 ． {(1 1 ， 7 (n 15 ‘nn(1 l(I ： { l 茸 H7(1I 【 n 一 0 ． {H 1 ． 7 (I)1j (f)6f) lI) ： { 2# 一 7(1I (I)6f 】 {2 I ． 7 2 (n{j (1)“() 10 ， { l ： { 群 H7f)i (n6() 18 1 ． 7 (D 4j (i)H() 】 (1 ： { l 肆 H7(} 】 (1)cj(1 j1 1 ． 7 ， ‘ 】 )15 (1)h1) 】 () ． { lj 肆 牲 7(¨ (nIi(1 h(1 1 ． 7 ( 【 )15 (I)6() I(I 、 { 2 ． 2 ． 3 ． 3 平板压痕实验 黻约』瑚 itt+JSjnj÷ ． · ． ‘^ 及对称两 tL I r-,J Pt+ 起爆。丈翰们 j 背分别圳纠 2 ． 28 及劁 2 圳所 图 2 ． 28 装药端面均布三点同时起爆实验装置布置 南 0i 岛 t_ 一 J||J1 人人 ‘≯f 啊 l Ji,40j 究 f f1{|t 8 号火雷菅 定位套 顶紧螺钉 06nnl 女曳导厚章 尼龙导爆熏曙 It 牙 {f ]T 2 紫铜板 盆 3{ 同板 图 2 ． 29(1) 装药端面对称两点同时起爆实验装置布置 图 2 ． 29(n) 对称两点起爆实验布置总装照片 对十端而 i 点起爆， Ih 蚓 rf ，可以看 f{j ，实验裟背 1 ：爱 m 起爆系列、 l ：戮约及 EFP 成形机理及关键技术研究 紫铜平板约型罩等组成。起爆系列 Hj 起爆器、导爆背、一个 8# 安全火霄管、 i 根 等长的爆速为 6000m ／ s 的 06mm 巧： J}J 导爆索及一个导爆索序组成。为实现：个起 爆点 J 司时起爆，必须同时引爆 i 根导爆索。为此， N 先将 i 根导爆索的臼 端并 齐并行：外面』 fj 门胶布裹紧。然肝，将雷管的输 }j{ 端 ffIi 对准并齐的 i 根导爆索 f{|}J 端平面巾心并将其位置固定。导爆索虑具有一定的 K 度，以避免雷畿； ^ 接 0l 爆 l ： 装药。经验表明，导爆索 K 度为 200mm 序有为好。导爆索过长会造成多点起爆 J 丌 J 时性误差增大。一定长度的导爆索，也有利于增人导爆索之间的 | 、 Hj 隔，减少导爆 索之 | 、 Hj 爆轰的棚垃影响。为 r 保证， i 起爆点稚：装药端嘶位于同一起爆圆 L ， j{ 年 1I i 、 Hj 12() 。均匀币 j 置，克服人为操作的误差，专 | 、 j 用有机玻璃棒加丁 r 导爆索胯， 通过机械加工的精度来保证： j 起爆点位置的正确性。导爆索座应具有一定的厚度， 这一方 l=|ii 有利于导爆索插入时导向正确，保证导爆索端面与装药端面平齐接触。 另一方面，也可以 对雷管及导爆索的爆轰起到隔爆作用。这里取导爆索鹰的厚度 为 7mm 。 实验用平板药型罩材料采 j" 军用紫铜棒车制，甲板罩 i ：下甲而平行度误差 1i 钳超过 0 ． 1mm ，平面度误差不得超过 0 ． 15mm ，外观不能有裂纹、崩落、缩孔等缺 阶。为 r 便于辨别爆炸变形后的平板罩 L 起爆点所对应的位器，对十三点起爆所 J¨ 紫铜板，在甲板边缘相问 120 。铣出 ! 个半圆缺口，实验时使其对准起爆点位 簧。 实验 J}j 炸药装约足 J}j 模具和液眶机将粉状 8701 炸药脏制成密度为 1 ． 79 ／ cm’ 的 硼往形药枉。为了保证装药密度均匀，在选择压机时，除要保证比压满足所斋吨 化外，还应特别注意压机 I ： F 平板间平行度及乎板，甲丽度的要求。压机 I ： r 甲板 、 {i 行度误筹一般不应超过 0 ． 1mm ，平两度误差一般／ 1i 应超过 0 ． 15mm ， j ￡ rj 的足使 药柞承 ¨i 时受力均匀。腿药模具设计成限位式，采 t}}jl ：定位瓦和卜 ^ 抽板结构，以 实观舣向心约。并采 JIj 脏药历适 “1 保握措施，力保药柱 J ：卜．密度均匀一致。底冲 删 j 月模径向配合问隙控制在 0 ． 02ram 以内，阳冲和阴模径向配合间隙挖制在 0 ． 05mm 以内，确保装药对称性良好。称药力求准确，每发装药称重误差小得超过 0 ． 029 ， 成弱高度误芹／ ii 成人十 ±o ． 1 咖。同时，外观／ 1i 能有裂纹，局部崩落等缺陷。 对于对称两点布赞 I 司时起爆的实验，在起爆系列中，采刚一根弯成 “r 型的 爆速为 6000f ．／ s 的中 6mm 军用导爆索起爆主装药。该导爆索的两自由端插入 jfj 订 机坡璃棒经机械加工得到的导爆索座的两座孔中，保证导爆索两自 I|j 端的端商 1j { 装药 U 页商平齐接触并紧压在． t 装药上顶面 L 。一个 8# 安全火雷管插入套往导 爆索 f ：的定位套中，使雷管输出端面 -{ ，心对准导爆索总长的巾心位蹬，然后』 fj I’f 胶币，裹紧定位。通过这样来保证当雷管起爆时，能同时将导爆索长度巾心面哺侧 的导爆索装药引爆，以减小起爆误差。雷管仍通过导爆管由起爆器起爆。另外， 为便于凹收，在紫铜平板药型罩的 F 面叠放两块厚度为 16mm ， K 宽均为 200ram 的 A 、钢板，， { ： R 在 l 二而一块 A 、钢板的中心挖一奇孔，肓孔深度比、 {‘ 板药型革厚度人 2m1 ．，以保证装药与平板药型罩位置对正。同时，肓孔的存在也有利十叫收变形后 的 qi 板药型罩， A 、钢板的厚度提供 r 平板罩向下有较人变形的可能，有利于使胍 痕明显，便于数据处理。实验准备中的其它技术要求同 i 点起爆一致。 两种起爆方式 F ，紫铜平扳药型罩典型压痕实验结果分别如图 2 ． 30 、图 2 ． 3j 、 阁 2 ． 32 、图 2 ． 33 所示。 肖康航卞舭人人 +≯f 冉 Ij 后研究 J 一作报， } 图 2 ． 30(1) 装药端面对称两点同时起爆紫铜平板罩压痕变形典型结果 ( 方案 12#) 用区 图 2 ． 30(11) 对称两点同时起爆紫铜平板压痕结果检测图 从卜述对称两点 I 叫时起爆方案的实验结果可以吞： {5 ，装药爆轰完成肝，符方 EFP J 戊 Jf ；机 JR J 之凡键 j 上术 M ， f 采装药『、、 }? 扳约型葶卉：爆轰载衙作川 m0¨ 、均变形姚 i# 琏小车 ¨ 川，、 r 板药掣单均 沿起爆 ti 对称、 f ，晰被分割成尺、 J 埚小十 ¨ 等 n0 两个、 I‘ 侧块，所小 J 门 J 的 j 』址小川玎粜 所对心， j 赫波载倚的爪痕范 1iM 戍小川玎棠研对 J 、 V 城约轴线 I 利近 ’l 赫波的 ¨JJL i 宋 J 巫 ‘ ，【 _ ． J 爆＆波『】 i 入射 0 、的 Jli 坑深 J cl ：比的小 J 几 J 。川时、 r 板约犁革均仃小川车『 ll J 业 的 }≯m K 人现象。， fIl 荇方案的、 l ，板 Jf 、 j 良绵帷均氍小反映 J’iU 而天 t‘ 多源懈＆波 ^ 川 炸药介顷内卡 ¨I}‘ 作川 J ， j 波结构发艟 ’ 逻化 J 州 ipn0 分 "i 。，例为从 H 2 ．： {()(1 I)‘1l¨j 以石 ，装约爆轰完成肝，、 l ，板 l ： m- 的 ’I 办办 _ ； Jj[ ．波， -j 、～ J11j 良迹线垃 个 “ 人 ”‘J’’ 彤 ¨j 良，该 “ 人 川肜胍痕顺． ·_f1 ．曲起爆 ^ 连线 l ：，沿起爆． q4 对称、 { ， m 从 I 扳乍 tl ，心向革边缘方向， i 波点 JI 、痕迹线奸起曝 j‘ ． j 对称 ’}? 『 f 『 j 的距离依次啪人。 !t 仃。 I 槲波阿 m 足一绕捕起爆 ^ 连线的叫转 n 玎向，形状如救 7klq ， 11 陔救乍 I 刮的埴鼙向、 }7 }f 足随粕。裟药爆轰的逍行 l 盯／ 1i 断增人的．即 j 』仃 ’l 赫波阿衙沿住 i_ 及沿 · 再 } 、起爆 l ，、对称、 17m 方 m 随装约爆袅的进行 I 『 Ij 小断增人的，则这利， ‘§ 赫波 n ：、 Ij 板 I ：的 ¨ 艘 J 眵状爿 ’IH 2 ． 30(II) 吻合。这也说叫『 ji 『咖疋十 t 5 赫波 ¨|{ 『 f 『 f 足、 ) ：十起爆 lL 对称 t 向 I+ 的叫转㈨而的说法是成 ● ：的。 图 2 ． 31(I) 装药端面均布三点同时起爆紫铜平板压痕典型结果 ( 方案 2#) 装药祧 i 投影基殳 × 以 0 卜 ＼ ／／ 。一班马秦／ o ＼ 一 ’ 点对 f{ 平面 夕泓 压痕 § 、入 ＼ 三澹煮压痕，／ 7 ＼ 、、 — ～ — ／ I 、 I ＼ Y{ 过爆点。 3 与装约 轴绂组成平面 图 2 ． 31(11) 均布三点同时起爆紫铜平板典型压痕结果检测图 ( 方案 2#) 南 _i 航 1 ； m L 人人。 ’≯f19|j^i{iJf 究 I f1‘ 报 图 2 ． 32(I) 装药端面均布三点同时起爆紫铜平板压痕典型结果 ( 方案 7#) 、、、 j ! 』 !I ：、 j ，．，一 n ： 1 一， -j h 。．『 |' ／， ≥?<‘}I 潞 ≯) 一吲；瓢谢 ,I I ／ ■l 八＼㈡，／ ’ 丁 k ，， I ／ ’ 邗 1_ 般 j 矗。 荡 !≥ 爹．藩巍： ≮ 、寸 1 攀一 、＼ ／ 7· ，，， 7 ： ! 、 Q- 、 ’ 、， ：【． ’{‘” 、 ≯7 ， _ 一 0< 、 s 、＼、 √ 、蕊鲻 ∞ 、 一 一 ．、 ¨ 寸 ● ，～ 均布三点同时起爆紫铜平板典型压痕结果检测图 ( 方案 7 岸 ) EFP 成肜机邢及足键技术 {iJ|'‘ 图 2 ． j3 装药端面均布三点同时起爆紫铜平板压痕典型结果 ( 方案 l#) 附『 ffi 已绎讲过， n ：装药及起爆绵构一 jt 的情况卜，术 f| 两干 ¨ 邻起爆点的两 c_ 】 爆袅波 I 、 Hj 的州忆作川是否产， tt·§ 赫波 i ：蠼 ’o 装约 14 瞍仃天；、列十㈥ 2 ．： { ： {( 方策 1#) 所对 J 遁的装约， l 六 I 技约 l 岛 j!{ ：较低，使甜这炎装药卡 ¨ 邻卜． I 爆袅波之州的村 l 7I ：碰 { 卓 m 鹳个装约壤轰过程 -I r 均厄， 5 删、波产 7I- ，只 现 11 ：姚斜碰 {f ；． c ，。 1 起起爆 t ～对称、 {‘ 州处 现超 hI ， 1 止 }ij 起爆 ^ 对称、 17m 处的草微几，取受较 j ㈨㈥ j 微儿世人的爆轰拽 倘，从 J 产乍撒人的哪性变 J1_ ；。义 十药叫革 l 、 If 『 f 制锭的限 i 叭起爆点对称啦 I 而 处翠微儿小可能尢休 lr 地 m F 刈 j 性变 J 眵， |flJ 会化卜 If 『 i J}| 】 4 锭 J 五作川乃的作川卜产乍 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程应用还必须确定其载荷特征。由于前述分析模型中引入 J ，人量 的假定，无法直接进行

工程

路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理

应用，特别是马赫爆轰波的载荷特征。由于这里所研 究的马赫爆轰波是由 c—J 爆轰波产生的，马赫爆轰波的强度肯定与相应的 C-} 爆 轰波有关，所以，只要建立了马赫爆轰波与相应的 c—J 爆轰波之问的强度关系， 便就确定了马赫爆轰波的载荷特征。为此 ，还需对上述平板实验的压痕结果作进 一步的数据处理。 2 ． 2 ． 3 ． 4 平板压痕实验结果的数据处理 由于数据处理的目的是为 r 定量描述马赫波的形状特征及发展变化规律，而 两点对称起爆乎板压痕图案简洁、清晰，各特征点位置易于确定，所以，数据处 理以两点对称起爆的平板压痕结果为基础，并且只对有马赫波压痕的方案进行处 理。 对于两点对称起爆有马赫波出现时的平板压痕结果我们所真丑 i 关心的 IⅡ 题之 一是变形后的平板药型罩上 “ 人 ” 字形三波点压痕顶点距平板药型罩中心的距离． 网为它是用来拟合三波点距起爆点对称平面的距离与 c—j 爆轰波入射角 Q0 之间关 系的重要数据。也是用来拟合马赫波基圆半径增长规律的重要数据。其次药型罩 中心处马赫波压坑深度与 c—J 爆轰波正入射点处压坑深度之比是建立马赫波与午 }| Sl EFP 成形机理及关键技术研究 应的 C_‘J 爆轰波强度关系的重要数据。实验数据处理结果如表 2 ． 5 所示。 表 2 ． 5 两点对称起爆平板压痕实验数据处理结果 ·5 赫 起爆 马赫 变形 变形 o{ 赫 马赫 对应 ‘§ 赫 波基 点对 波压 后 ’f ， 后甲 波压 波基 c 、 J 爆 波脯 喇半 称平 痕宽 板罩 板罩 坑深 圆、仁 轰波 Ⅲ 、卜 径 面处 度对 l}1 心 I ：对 度与 径增 入射 托增 单侧 马赫 处一 -5 应 C-,I p_I 爆 量、 } ， 角 虢 ’j 马赫 波摹 赫波 爆轰 轰波 均值 ， § 赫 波平 圆半 压痕 波 Ⅱ ： 腿坑 波尽 均压 径之 平均 入射 深度 圆 t 痕宽 比平 深 点处 之比 径之 度 均值 压痕 的平 比的 入 平均 均值 、 r 均 深 ^ 、 值 (mm) (ram) (mill) (mm) (inm) ( 。 ) 凡 { 9# 22 ． 3 0 ． 8 0 ． 04 2 ． 4 1 ． 2 2 ． O 1 ． 7 46 ． 8 ． 5 0 ． 07 10# 22 ． 3 3 ． 1 O ． 14 3 ． 85 1 ． 6 2 ． 4 7 ． 7 53 ． 1 3 0 ． 35 1 1# 22 ．： j 6 ． 7 O ． 3 4 ． 9 1 ． 8 2 ． 72 l 3 ． 7 57 ． 99 0 ． 6l 12# 22 ． 3 11 ． 6 0 ． 52 6 ． 4 2 ． 1 ： { ． 05 19 ． 7 61 ． 82 () ． 88 13# 22 ．： { 14 ． 7 0 ． 66 7 ． 2 2 ． 5 2 ． 88 25 ． 7 64 ． 89 I ． I 5 14# 22 ． 3 l 7 ． 4 0 ． 78 7 ． 3 2 ． 6 2 ． 8l 31 ． 7 67 ． 38 1 ． 42 15# 22 ． 3 19 ． 2 0 ． 86 7 ． 4 2 ． 8 2 ． 64 37 ． 7 69 ． 44 1 ． 69 利 J{j 最小：乘法对表 2 ． 5 t{ 】数据进行回归处理，得到 ’r i 组关系分别如卜： (1) 码赫波 J1i 痕宽度与马赫波攮圆半径之比 x ．随相应 c- ． 1 爆轰波入射角的变化 关系即马赫波兰波点迹线方程： (2 60) 旯 I ： 2 ． 83Q 。 2—3 ． 42Q 。 +1 3 式 th‰ 一为 c-IJ 爆轰波丰 1j 对起爆点对称平面的入射角，单位为弧度。 其幽归曲线如图 2 ． 34 所示。 堕堕堕窒堕墨叁堂堕． ! ：堕塑壅 I ：堡塑 ! 羔 —— O 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 Q 0 1 40 45 50 55 60 65 70 C-J WSVe projection angle(degree) 图 2 ． 34 马赫波压痕宽度与马赫波基凰半径之比随相应 C-J 爆轰波入射角的变化 关系 (2)d-A ．射屿赫波压痕深度与相应 IIi 入射 C- ． I 爆轰波压痕深度之比 x 。随丰 1i 心 卜． I 爆轰波入射角的变化关系： 兄 2= 一 52 ． 2 绒 3+154 ． 9 鳊 2-136 2pI)+41 7 (2 61) 式 l}I ： t p 。一为 c—J 爆轰波相对起爆点对称平向的入射角，单位为弧度 t ， j C 叫归曲线如图 2 ． 35 所示。 ———————————————————————————————————————————— 一 。 EF! 垡竺垫堡丝筌堡丝查盟塑 一 3 2 3 LHnep 2 B 2 e 2 4 e^ 一攫 eJQ# ． 8-O 粤， ∞≥r-0 口 c 口 Q 、 I ； =x 口 2 2 O 一每 L 2 1 8 40 45 50 55 印 ∞ 70 C,-J WSVe projection angle(degree) 图 2 ． 35 正入射马赫波压痕深度与相应正入射 c—J 爆轰波压痕深度之比随相应 C-J 爆轰波入射角的变化关系 ， § 赫波肇网半符增景与马赫波基劂、卜径之比 x ，随棚心 C-J 爆轰波入射角的 ，蔓化灭系： 丑： 14 83(?03 38 3l 蛾 2+35 41Q 。，一 11 ． 36 (2 62) 式一 } ，： g 。，一为 c-,I 爆轰波相对起爆点对称平 If 『 i 的入射角，单位为弧度。 JI 叫归 f{11 线如图 2 ． 36 所示。 南京航审航人人学博 ¨ ； j 研究 I f1‘ 报 i 旧伯 ¨ 住， 似 ≥|j 『『 ≯IIII ， ： ^ 鼍一口 ∞_I 西一 n ，》口 ∞ ¨ 啦。 舵 40 45 50 弱 ∞ 酷 70 G-J WtlVO pr91 日 lccion angle(degree) ’ 图 2 ． 36 马赫波基圆半径增量与马赫波基圆半径之比随相应 c ． J 爆轰波入射角的 变化关系 堪舒』 ℃(2 ． 61) 给 }{}'r lF 入射 -§ 赫波 JIi 痕深度 ‘j 棚心 IIi 入射 c ． J 爆轰波胍痕深 瞍之比 ^ ．随卡 ¨J 娅 C-J 爆轰波入射角的变化笑系，并没仃给 波强 f 变之问的天系。 琊么， ¨ 、痕深度 ‘j 爆轰波强度之问足舀存在某种联系呢 ? 虽然 t5 赫波属强爆轰波， jt 单独存 n ：时受波 J-j 稀疏波的影响波阵向压力衰减速度比 C-J 爆轰波快，们对于 一定 I 岛度、圆柱装药端面均布多点同时起爆情况， 于其形成的波阵而结构足 }lI 依赖寸二 c- ． I 爆轰波的， § 赫爆轰波 1j 相应 C_ ． I 爆轰波卡 ¨ 问： ji ：存的结构，几．丰 ¨ 问爿：存 的码赫波 ‘j 牛 ¨J 衄 C-’J 爆轰波几乎』司时作川到平板药犁罩 l ：，义 I{I 十这种午 |II'HJ#i 构 波后流场的辅 i 7f ：丁涉作 J{j ，其波阵面胍力衰减到人气爪力 h 时所对 J 她的波 J 再距离 x 。戍棚等。 设莲随作 J}j 剑、 F 板药型罩微兀【：的卜． I 爆轰波阳：向 r 后的彳均 Jti 力为 h 。 j ￡波 阵向 -JIi ／ J 为 ‰n ：起爆点对称 3 产面处， 5 赫波阵而后的乎均爪力为 h 。对应该处 的 ‘5 赫波阵向 Jl 、力即】 Ii 入射码赫波阵面压力为 h(n ／ 2) 。两波所 l 璋阿冲击的翠微 ， i 表 fl{ 『『积为 s ，并把对应面积 s 的波阵面后的爆轰产物看作一束 r 岛速商密度粒了 流，则该束粒子所』 } 有的能景即为其 I’ ～ x 』 k 力 I|}j 线 F 所对应的而积。对十卜． J 姆 轰波为 h q ， K 对十 ·5 赫波为 R ， x 。 根搠 ‘§ 梯尔 (Matel) 假定：将一个任何形状的柱体侵入塑性变形材料 t}r 所需复 EFP 成形机理及关键技术研究 — 的能疑与其排开的弹坑容积成正比。且弹坑容积与弹丸能量的关系与弹丸种类无 关。设 11 ．入射 C-J 爆轰波及正入射马赫波对紫铜平板药型罩的开坑深度分别为 h 。 ‘j h 。则根据 l ：面假定，便有如下关系： PH ￥ x o P 噼 X n sh“ shu 懿珲 I ：式得 考虑极限情况即若两种波阵面后压力均 4i 衰减，由于起爆点位于装药上端面 f ：， 两种爆轰波又同时到达平板药型罩上，所以两种爆轰波阵面后所对应高密度爆轰 产物粒子流的高度相等，则根据马梯尔假定，上式变为： 掣：譬 (2 63) rH ●tH l 二式表刚，两种爆轰波在平板药型罩上压坑深度之比即为其强度之比。但由 于 -I 赫波阵面是变强度的，用与起爆点对称平面垂直的平面截马赫波环带所得马 赫 T J ：各处压力各不相同，所以式 (2 ． 61) 所给出的关系并不能代表马赫干 E 各处 的情况。又因为利用简化结构图 2 ． 23 所得马赫干上压力分布公式 (2 ． 56) 存在有 较人的近似性，所以必须利用平板压痕实验结果进行修正。 设将利用公式 (2 ． 56) 计算所得马赫 rT L 某点的压力值记为 J 堡垂盟 I ，将对 L ， 0 J ㈣ [ 半卜设 (2 64) 则起爆点对称平面处马赫波阵面压力为： 『生塑 ] ： ∥ L l ， j ， J 计 # s—in≮·+ 而丽 ， 2 绋 ” 叫～ ” ”7 l ％ J 。 对应。 5 赫干 I 二任一点口处的压力与起爆点对称平面处马赫干上压力之比按式 (2 ． 56) 仃如卜 I 关系： 56 南京航空航天人学博 1 ．后研究 I 作报； l ㈠双， ssi!n 终 ·+J· 型 sin 瓤／ 3 I ％儿 9 f 掣、甜 11 一： ∽ 丽 ) 2 Q 。 ”’ 、『 ‘ 2 ’ l 砖 it" ， sin2 O 。 ” 叫～ ” ““ 假定其真值也满足相同的关系，则有： 一， 一 ) 曼 (1+ 慝 丽里沙 ) 8 蜂旦 (1+ sin 2‰ 、 鼻 sin2 G 、 够 ^ 、～蝗 0 ， “ ，一，盯， 、 ●11 ．／一＼ ●●l ／ ，，．．．．，＼一，，．．． ● ＼ 莨 所以有 半 卜 嵩 瓢 至此，平板压痕实验的日的已基本实现，所获得的上二述各种关系对于襞化码 赫波结构的形状特征及发展变化规律提供了重要的依据。同时，也为计算装药端 而均前 j 多点同时起爆下药型罩的压垮变形及阶 I) 成形提供 r 重要基础。 2 ． 2 ． 4 装药端面均布多点同时起爆下， EFP 成形数值模拟与 x 光 摄影实验的对比 尽管通过理论分析及平扳胍痕实验建、 ) ： _r 端而均布多点问时起爆时 EFI’ 装约 的爆轰模型，描绘出 r 该起爆条件卜．爆轰波阵面的结构形状特征及发展变化规律， 问时也拟合 m 了波阵面的载荷特性，所有 L 述研究结果是否具有工程应用价值， 或者说能否满足 T 程实用的要求还需要实践的检验。为此，我们将』二述研究成果 应 J 日于改造原博士论文期间所建立的计算模型与计算程宁，通过多点同时起爆 F EFP 成形过程的数值模拟并将其结果与其脉冲 x 光摄影实验结果进行对比米考察 I ：述研究成果的合理性。 汁算模型主要由两部分构成：药型罩及炸药装药， Ii] 于考虑到实验的安全性， 没采用壳体。对于炸药的爆轰，爆轰产物 fil 凝聚体状态方程进行模拟，并假定 c— lI 爆轰波是以恒速传播的，药型罩材料在爆轰载荷作用 F 的行为 m 编码考虑，一 方面是通过描述偏应力和偏应变之间关系的结构模型，另一方面是通过描述 J 遁力 张最及能最和密度之间关系的状态方程来考虑。在这里我们使用 Ⅵi e—Grunei sen 方程，它非常适用于冲击问题。在 EFP 变形期问，第一阶段，罩材【 1l 的 J 电乃在爆 轰波传至药型罩时由状态方程控制，第二阶段，持续时间较长，由结构模型控制。 所有这些方程及模型的参数均由平板压痕实验结果及考虑温度影响的动力学 lh)pkinson 杆拉伸试验和考虑塑性应变率影响的扭转试验确定，两试验所获得的 值然后再由圆柱撞击试验证实。不幸的是，对于结构模型来说，直接应用这些系 数小 -z 『 j 匕． e ． 1E 确获得 EFP 的形状，因为，塑性应变率超出了珂 J 于建立这些结构模型的 EFP 成形机理及关键技术研究 应变率范围。采用的解决办法是，利用弹塑性模璎，这时流动极限调整到可获得 弹丸长度时的值，譬如 754Mpa ，该值可以被看作是一个综合了热效应及药型罩在 其塑性应变期间所遭受的塑性应变率的综合最。经过 r 反复的试算，其中大鼋的 T 作都足为 r 确定结构模型。最后，利用该程序对均布三点同时起爆 F 的装药及 药型罩结构匹配关系进行』，优化模拟，以确定实验方案。通过数值模拟的优化， 选出四种实验方案，如表 2 ． 6 所示。四种方案的数值模拟结果分别如图 2 ． 37 、图 2 ． 38 、图 2 ． 39 、图 2 ． 40 及表 2 ． 7 所示。 表 2 ． 6 均布三点同时起爆下， EFP 装药结构优化方案 ＼参量 装药 装药 装药 装药 起爆环 罩材 罩结构 罩尺、 J+ ＼＼ 品号 真径 高度 密度 直径 方案＼ (mm) (mm) (g ． cm 3) (mm) (mm) 罩顶厚 l# 870l 中 80 64 1 ． 7 由 65 军用 变壁厚 4 ． 5mm 紫铜 球缺 球半径 SR70 罩顶厚 2n 87()l m80 64 1 ． 7 由 65 军用 变壁厚 5 ． 85mm 紫铜 球缺 球半径 SR70 罩项厚 ： {# 8701 由 80 64 1 ． 7 由 65 军用 变壁厚 5 ． 35mm 紫铜 球缺 球半径 SR76 罩顶厚 4# 870l m80 64 1 ． 7 中 65 军用 变壁厚 5 ． 35mm 紫铜 球缺 球半径 SR80 表 2 ． 7 四种方案数值模拟计算结果 ＼＼爹 肇 方案＼ 弹长 平均长细比 弹尾与弹头 弹丸质心速度 (film) 直径比 (m ． s 1) l# 134 6 ． 77 1 ． 6 1388 ． 8 2# 63 2 ． 7l 3 ． 62 1611 ． 2 ： {# 92 5 ． 35 1 ． 84 1673 ． 6 4# 72 2 ． 52 3 ． 2 1025 ． 1 南京航空航天人学博 I 一后研究 J 作撤 } 图 2 ． 37 数值模拟 EFP 成形结果 ( 方案一 ) 图 2 ． 38 数值模拟 EFP 成形结果 ( 方案二 ) EFP 成形机理及关键技术研究 图 2 ． 39 数值模拟 EFP 成形结果 ( 方案三 ) 图 2 ． 40 数值模拟 EFP 成形结果 ( 方案四 ) 通过多种方案的数值模拟缩小呵以朽 ，装药 |II 单 lLl{I 心起爆 L1l( 为均以 i 多 j ． I ． 1 川时起爆 J1i ，约删节的肌垮变肜胤伴发牛 J ，质的变化， IIf 原来的轴对称均匀爪均 变成 J’ 对称非均匀爪垮： III 昧求的 jIll 对称叫转 1 小 J 髟结构的肼 IJ 变成 J ， ’ 特仃对称纵 ]hj 沟褙及对称外 {n 『 J 雹逍的 ，，约即罩的变形体现 r 爆投产物受复杂的装约膨胀 及 II¨ 二爆复波的棚 ’I ．作川 IllJ 产乍的撇 I 曲的， tj| 、缩的支配的效粜。表 fUj J ，爆袅波 I|I 单一 fn 均 0J 球而 C J 波变为 IlI 彩源 ( 。， I 爆复波十 ¨If ：作川 Illj 7I L J, 女的 I¨ 【 _J 爆袅波 ’o ， l 赫爆轰波卡 ¨M 分柏 J 其 I 丌 J 细成的复杂波系结构对约型罩 ff JI J 效求的娃苦芹冲。九 彩． ·? 、 L 起爆 h 冈爆轰波 ,flf Ii ：作川超』卜的产乍使炸约的潜能 f!} 剑撇人的提 t 哳，约掣 革，叟彤剧烈，虽然 H 箱 ，断裂的危险，颂重新进行起爆系列、装约结构、约 q+J 革结构问的优化匹配 i52i 十， ¨ 对十扶 f ：，人 K 钏比实心 rFl’ 以提 r 断』￡穿甲戚力及他 ¨f’ 带 I ． J ￡剌以提．岛 j ￡ E 行稳定性 J 陡现 可喜前搽。计算结果表叫，通过多． r ． ’^ 起 爆术捉 r 岛 EI ： I ，的作战性能足可行的， |nJ 时也 "J'r 前向所建 ● ：的 J ：甲论模型的『 J ： m 。陀。 为 J’ 使前述婵论模犁能从。戈验 I ． f! 纷 4 逊一步的 “ 实，我们义对 I ：述汁算方案 进 i 亍 J’ 脉 j1|l x 光摄影 7 丈验。㈥经费限制加 I ：方案 pU 弹速较低尤文川价值，所以 H 埘前 i 种方案的 I!FI ， J 戊 J 引奇况逍行脉冲 x 光摄影实验。。实验扪甜的符方案盯 I’ 脉 } 『 1J x 光照 ” 分别如 l 刘 1 4l 、 I 划 2 42 、 | 孥 |! ． 4 ： { 所示。各疗窠 I' ： FI ，照 ” 数捌处胛绀 粜如表 2 H 所示。 图 2 ． 4l 方案一 EFP 成形结果的脉冲 x 光照片 (1809s 时刻 ) EFP 成形机珊及天键技术 {iJ} 究 图 2 ． 42 方案二 EFP 成形结果的脉冲 X 光照片 (220p ． s 时刻 1 图 2 ． 43 方案三 EFP 成形结果的脉冲 x 光照片 (220 肛 s 时刻 ) 南京航空航天大学博士后研究工作报告 表 2 ． 8 各方案 EFP 照片数据处理结果 ( 均为三发平均值 ) ＼参疑 EFP 长度 EFP 尾部 EFt ，头部 EFP 尾头 EFP 质心 EFP 平均 ＼ 卣径 直径 直径比 速度 K 细比 方案＼＼ (mm) (inln) (mm) (m ． s 1) l# 127 23 15 1 ． 53 147 ： { 6 ． 68 2# 59 35 10 3 ． 5 l 524 2 ． 62 ： {# 85 30 l 7 1 ． 77 1589 o 注：表中数据均为扣除了底片放大倍数后的值。 从实验所得各方案脉冲 x 光照 J{ 与其相应数值模拟结果的对比 t{ ，可以看 m ， 实验所 i{=} 各方案 EFt ，的总体形状及结构与相应方案在相应时刻计算所得 EFP 的形 状及结构基本相符，同时，计算所得各方案 EFP 的质心速度与实验处理出的对应 方案相哺 f 应时刻的平均质一 t3 速度也相一致，均在实验误差及工程实用所允许的谋 蔗范 f 糊之内，进一步证实 r 前述所建辽的理论模型的正确性。 方案一在同样装药口径及装药高度 F 为长细比 6 ． 68 的 127mm 长的实心 EFP 提 供 r 1473m ／ s 的速度，这一结果是令人鼓舞的，充分证明了多点起爆能提高装药 爆轰潜能、加剧药型罩变形程度的事实。因为，这一结果对单点中心起爆足难以 想象的。尽管大最的计算及实验结果都表明，对于同样的装药和药型罩结构两种 起爆方式所软得盯 I’ 的平均质心速度近似相等，但多点起爆所得 EFP 的长度比单 点小心起爆所得 EFP 的长度增加近 50 ％，多点起爆所得 EFP 的长细比约为单点【 }l 心起爆所得盯 I)K 细比的 3 倍，这对于提高 EFP 的穿甲威力是非常有利的。同时， 该方案所得卟 P 的弹尾与弹头直径比为 1 ． 53 ，大于同样装药条 件下单点起爆所得 I ： ¨ 。、卜均弹尾与弹头直径比近似为 1 的值 ( 为提高穿甲威力而不得不控制尾裙的张 人最 ) 。这对提高 EFt ，飞行稳定性也是有利的，当然大长细比的长弹体本身就足有 利于提岛阶 P 飞行稳定性的一个方而。遗憾的是，由于该方案药型罩变形程度过 人， liFP 弹体拉的过长，造成由多点起爆给 EFP 带上的尾部对称凸起效果不明显。 方案：的设计日的正是为 r 克服方案～的这一缺点，有意控制 EFP 的变形最， 减小卧 |) 的弹长以突出 EFP 的尾部效果。实验结果获得了长 59mm 、弹尾直径与弹 头随径之比为 3 ． 5 、弹丸质心速度为 1524m ／ s 的 EFP ，其在 10mm 厚的乱钢板 j ：的 傲孔呈对称 j 棱状，如图 2 ． 44 所示。表明弹体也呈对称三棱状且在相邻两棱之州 存在纵向沟槽，与计算模拟结果相同，而且也与前述模型的分析结果相符，证实 r 前述理论模型的正确性，成功实现 r 预期目的。如果再进一步增大该方案弹体 的变形毓，使弹长增长、弹径缩小，则 EFP 明显的三棱状弹体便会因变形璧的增 人 Ini 变得不明显，特别是弹头部，因弹头部的变形要比弹尾部剧烈得多。闪此， 如果能合理控制 EFP 弹体的变形量，使其弹头部的三棱状消失而成为圆柱状后去 fJ 使弹尾部保留 f¨j 显的 i 棱凸起，成为提供 EI?I ，稳定飞行所需的尾翅，才是研究的 几的所存。方案三的设计正是出于该目的而进行的。 方案 i 的设计综合 J ，方案一与方案二的特点，即在尽量保持能获得大长细比 K 盯 P 的』可时，合理控制 EFP 弹体的变形量以便只使 EFP 尾部保留明显的棱状凸 起，实现多点起爆的对称尾翅效应，而使其余大部分弹体呈圆柱状以减小乜行阻 力和提高穿甲威力 a 经计算程序的反复试算模拟，最后才确定下实验方案。实验 结果获得 r 长 85mm ，长细比为 5 ，弹尾直径与弹头直径之比为 1 ． 8 ，质心速度为 EFP 成形机理及关键技术研究 1589m ／ s 的 EFi ，。其在 3mm 厚铝板上的破孔呈三棱状，留下了三尾翅的作用效果。 如阁 2 ． 4i 所示。至于图 2 ． 45 所示的铝板上的三棱破孔有两棱大小一致、位置对 称，而第 i 棱拉的过大，分析其原因是这样的：实验时吊弹罩口部距地面铝板 1620mm ， 如阁 2 ． 46 所示，装药起爆后，爆炸冲击波传至地面铝板所需的时问约为 400ps ， Ini 从装药起爆经 4001as 后 EFP 的行程约 600mm ，此时， EFP 距铝板还有 1020mm ， EFP 掩 J ：地面 J ：的锅板还需约 642 ／． ts ，在这 642 ／ as 的时问里，锌；板在爆炸冲击波和 地阿反射冲击波的共问作用下，有足够的变形时间而呈翘曲状，甚至可能毪起， 这样就使得 EFP ／ fi 能实现对铝板的垂直侵彻，而出现斜入射，形成如图所示的破 孔效果。这可从以 F 几个方面来证实： ① 回收来的铝板翘曲变形严重。 ② 铝板上留下的 EFP 三棱破孔中，两棱的破孔大小基本相等，位置对称，只 有第 ji 个棱角拉的较大。 ③ 从错开 45 。的两 x 光机头所获得的两张不同时刻 EFP 的 X 光照片 f ：看， EFP 尾部并没有 现大偏心的棱。 所以，扣除锅板在前驱爆炸冲击波及地面反射冲击波作用 F 的翘曲变形效应 m 造成 EFP 对铝板的斜入射结果后，铝板上的 EFP 破孔应为对称三棱状。 图 2 ． 44 方案二 EFP 在 lOmm 厚 A3 钢板上留下的破孔照片 南京航空航天人学博 I ：后研究 I 作报 ≯ 图 2 ． 45 方案三 EFP 在 3ram 厚铝扳上留下的破孔照片 图 2 ． 46 EFP 成形 X 光摄影实验布置照片 EFP 成形机理及关键技术研究 3 EFP 模拟律研究 EFP 在用于末敏弹、智能雷以及集束弹等战斗部 J ：用来对付坦克装甲车辆、直 St 一机等具有中厚装甲的目标时具有独特的优势，这已被国内外同行所共视。 m 』是， 往 EFP 战斗部设计中，由于适合 EFP 的发射器 u 径繁多，而设计定型一个具有优 良性能的 EFP 战斗部往往耗费较大。如果对每一种 L] 径的发射器都专门为其设计 一个相应口径的 EFP 战斗部，将会造成人力、物力和财力的巨人浪费，且实际 r{ ， 也是很难做到的。因此，人们在对其进行积极研究的同时也在不断寻找缩短周期 缸约开支的途径。在科研中常用的办法是采用缩比模型的方法。但是， E 门战斗 郝是否也满足模拟律，满足什么样的模拟律关系，这都有待于进一步的研究。 在 EFP 战斗部的诸多性能中，最主要的是 EFP 的成形形态及 EFP 对目标的侵 彻性能。凶此，以小 El 径模型研究为基础的 EFP 战斗部预研项目最关心的问题就 足研究成果是否满足成形模拟律及侵彻模拟律。为此，我们就这两方面的问题进 行 |r 石 Jf 究。 3 ． 1 EFP 成形模拟律研究 3 ． 1 ． 1 EFP 成形模拟律分析 EFP 的成形是由于装药起爆后形成的高温高』蓝爆轰产物作用于金属药型罩上， 使罩衬材发，￡极大的塑性变形而被压垮翻转，翻转后的罩体除获得很高的质心速 度外，罩微元还获得沿轴向近似呈线性分布的轴向速度及径向速度。此后，罩体 在轴向速度梯度的拉伸作用及径向速度的压缩作用 F 逐渐伸长变细，罩体从装药 爆轰所获得的轴向与径向动能全部用于罩体变形所消耗的塑性功后，罩体便不再 继续变形，而形成具有一定形体的 EFP 并以质心速度向前运动。从 EFP 的形成过 秤 11 】可以看出，装药对罩体所作的功，一部分用来产生 EF[ ，的质心速度，另一部 分 Hj 于罩体塑性变形所需的塑性功。可见，影响 EFP 成形的因素主要是装药的有 天参数和罩体的有关参数。 从相似理论知，几何相似律的应用要求模型试验必须真实再现原型试验的物 理现象。这就要求，影响原型试验的物理因素必 须能够量化，且这些最化了的参 最问应存在有一定的函数关系，否则就不能用相似模拟律来研究。对于 EFP 的形 体模拟，只要模型弹所形成的 EFP 弓原型弹所形成的 EFP 的成形因素中的物理的、 儿何的参最能够量化，并遵循一定的函数关系，则 EFP 的形体几何模拟律就能成 、 )‘ 。 3 ． 1 ． 2 EFP 成形过程中的相似参数 虽然 EFP 装药一般都带有传爆药进行起爆，但由十传爆药和雷管的药最及尺 、 J 棚对 } 装药来说都较小，所以在研究过程中可视为点源起爆。对于一定的装药 绌构，装药对药型罩的作用主要与装药爆轰波参数、爆轰产物的后期运动及装药 甚自．关。装药爆轰波参数以 c—J 爆轰波为例主要有：爆轰波阵面压力易、爆轰波 南京航空航天人学博 L 后研究』．作报告 阵 ff 『『处产物密度 p” 产物质点速度 U 。、产物介质卢速 ( 、。及爆速 D 等，根据爆轰 理论，这些参最均可燕】下列方程确定： ％： i1 p?D 2 r 十 I r+l pH 。 ——p÷ (3 1) ∽i ：上 D ， +I (’ ，， =÷D ，十 l D=(?H+ti” 式 th ，一炸药爆轰产物绝热指数。 见一炸药装药密度。 “j 装药一定时， r 、 p ，、 D 均为 L 知量，故上二述装药爆轰波参数均可 I}j 方程组 ( ： { ． 1) 求 “5 。另外，爆轰产物的后期运动对药型罩作用的影响，由于从装药爆轰剑 EFP 的形成一般只经历 100 ～ 200p ． s ，在这样短的时间内，可以认为爆轰产物的热 效应和热扩散对药型罩变形的影响能够忽略，则爆轰波对药型罩的作瑚接近绝热 等熵情况。而裟药质量可以由装药几何尺、 j+ 及装药密度求得。 综卜所述， EFP 成形过程中来 f{ 炸药装药的影响闵素 li 要是：装药密度 p ， 爆速 D 、装药特 7iI ：尺寸 L ，、装药结构形状特征数 z ，、爆轰产物绝热指数，， f EFP 是通过药璎罩在装药爆轰载荷作用卜 - 发生急剧的塑性变形形成的， I★| 此，药 犁罩的质量、药型罩的几何尺寸、药型罩的材料密度及药型罩材料的强度特性等 也是影响 EFP 成形的 { 二要因素。而药碰罩的质量可以由药型罩的几何尺、 r 和药犁 罩的材料密度来确定，所以， EFP 成形过程中来自药型罩方面的影响岗素、 }i 要有： 药型罩的特征尺、 J+L 。、药型罩材料密度岛、药型罩材料弹塑性模景 K ，泊桑比 ％、药型罩材料动态屈服限匕、药型罩微元所对 应的锥顶角口及药型罩结构形状 特征数 z 。等，另外， EFP 的成形过程是爆轰产物对药型罩的作功过秤，小 }rd 的装 药结构、彳 i 同的装药量及不同的装药口径完成这个过程所需的时间／ 1i 同，㈥此， EFP 的形成过程还应包括时间因素 r 。 至此，已分析了影响 EFP 成形的各种因素，归纳为： ① 装药有： L 。、成、 D 、 r 、 z 。 67 EFP 成形机理及关键控术研究 ② 药型罩彳丁： Ld 、 Pd 、易、 Vd 、 k 、口、 ZJ 及时问 T ，共 13 个物理壁。而 EFP 的形态特征通常』 { 】速度矿和长细比 A 来表示， 那么 EFP 的速度 V 和长细比五一定是 l ：述诸参最的函数，取，』 p 几、 ¨ ，为独 ● ：氍 纲物理最，并将矿及 A 的函数方程转化为尢最纲方程仃： 九 ={ 。 笔 ’ 赢 Pd ，，，乙瓦等％矾纛 (3 2) 、『 。 Y y 。， 、『 pd 万 Pe’ 而 D^ 瓦砖缸照孺 TP y (3 3) ／匕 V 一 1 。。～ 匕 3 ． 1 ． 3 EFP 成形几何模拟律 如果祚：模拟试验 I{I 模型弹 ‘j 原型弹所川装药 }lIII L ； - 十 II 同、装药密度卡 |I J 叫、约刑 罩擀洲州，则笔、乃 r 一％ ¨ 郡足常数．女 I J 果试剿恻 ! 弹 ／、 pd ’j 原型弹还和 i 装约结构形状、药酗罩结构形状 l ：棚『叫，几． j ￡结构尺、 j‘ 满足选定的 模拟比， m0 z 。 Z 。、 “ 形及口也是常数。那么式 ( ： { ． 2) 、 ( ： { ．： j) 两方 }t 可化为： 71 无 =^ (3 4) jJ‘p Yd Ⅳ ，， (3 5) ／比 ～ Pa kp Yd 从 I ：述两式可以看出，如果在模拟试验中，模璎弹与原型弹的数据采集时问 之问的关系满足选定的模拟比，则模型弹与原型弹在对应符合模拟比的时刻 J ：， EFI ， 的长细比五及速度矿必相同。当然，在上述几何模拟律的讨论 I|l ，忽略 J ，重力的 影响及爆轰气体的粘性和热传导等因素，也忽略了加工工艺误差及 EFP 成形过程 68 南京航空航天人学博 I ：后研究 L 作报告 f{J 产生的诸如崩落、射滴等因素的影响，实践证明，这些因素的忽略对阱 P 成形 研究来说在 T 程。 I ：足可行的。 综 I ：所述，只要模哩弹 1j 原型弹所川装约 ^” ，十 ¨I 司、装药密度丰 H 同、约剐罩 材料棚同、装药及药型罩结构形状相似并满足所选定的模拟比、数据采集时 M 点 之间也满足所选定的模拟比， !J!|J 在对心钓合模拟比的时刻点 I ：，两个弹 ’ 的特 “l ：数矿及 A 相同，形状也相 J 叫。 3 ． 1’4 实验验证及结果分析 根据 1 ：述 El·'p 成形模拟律分析结果，以装药直径为中 60mm 的 El ： l’ 战斗郝作原 型弹，分别以模拟比为】． 333 和 1 ． 666 设计装药直径分别为巾 80mm 和中 100mm 的 两种模拟弹 | 司时 ‘j 原型弹进行对比试验，借助脉冲 x 光摄影技术拍摄对应符合模 拟比时刻点各弹所形成的 EFP 形态，以检验上述所建立的 EI?I) 成形模拟律。试验 所用各弹装药，珏号相同、装药密度， }}I 】司、药型罩材料相 J 『司、装药及药犁罩结构形 状柏似并满足所选定的模拟比、数据采集时问点之间也满足所选定的模拟比，试 验所『 {) 原型弹与模型弹对比参数如表 x 1 所示。试验所得各弹神：对应符合模拟比 时刻点的 EFP 成形 x 光照片如图 3 ． 1 所示。 表 3 ． 1 试验所用原型弹与模型弹对比参数列表 ≥≮ 原型弹 模型弹 I 模型 弹 ¨ 装药直径 击 6() 巾 8() 由 l()0 (mm) 装药 - 岛度 48 64 8() (mill) 装药密度 1 ． 7 1 ． 7 1 ． 7 (g ． cm 3) 装药品号 870l 870l 870l 药酗罩材料 同一批号 同一批号 同～批哆 军用紫铜棒 军用紫铜棒 军用紫铜棒 药型罩结构形状 弧锥结合形车制罩 弧锥结合形车制罩 弧锥结合形午制罩 ‘j 尺、 j U 径中 56mm U 径 m 74 ． 6mm U 径 m9 ： j ． 3mm 模拟比 l 1 ． 333 1 ． 666 60 79 ． 8 99 ． 96 80 106 ． 4 l ： { ： { ． 3 扪照时刻 100 133 ． 3 166 ． 6 ( 肛 s) 120 159 ． 9 199 ． 9 140 186 ． 6 233 ． 2 160 213 ． 2 266 ． 6 EFP 成形机理及关键技术研究 亮出呼 叫 吁 川 " 且 盯 Jt....OO，ll.!i . . v拗M ·啕 t "'H，966! 70 t，.Cω3 南京航空航太大学博士后研究 r价:报仿 章型j单 胁时? 棋J咐 ; Iv 1l1l'I 011$ 71 ." 1‘ (.S9.，.IS( I EFP 成形机理及关键技术研究 图 3 ． 1 各弹对应模拟比时刻点所形成 EFP 的 x 光照片 南京航空航灭大学博 ’1 二后研究 [ 作报告 试验所得各弹 x 光照片数据处理结果分别如表 3 ． 2 、表 3 ． 3 、表 3 ． 4 所示。 ＼时刻 ¨s 6() 8() 1()0 120 140 Itj(1 ＼ 参舒＼ K 细比 1 ． 33 2 ． {) 2 ． 2 2 ． 4 2 ． 55 2 ． 6 ： 5 弹头速度 1641 ． 8 l 530 ． 6 l 460 (m ． s 1) 弹尾速度 1426 ． 7 1516 ． 2 146() (m ． s 1) 、 } ，均速度 l 534 ． 3 1523 ． 4 1460 (111 ． s 1) 表 3 ． 3 模型弹 I 的 x 光照片数据处理结果 ＼＼时刻 “s 79 ． 8 106 ． 4 133 ． 3 159 ． 9 186 ． 6 2l ： { ． 2 ＼ 参符＼ 长匀日比 1 ． 23 I ． 62 2 ． 0 2 ． 2 2 ．： jl 2 ．： {8 弹头速度 1624 ． 7 15 ： j7 ． 7 1470 ． 7 (m ． s 1) 弹尾速度 14l 7 ． 9 1508 ． 1 1470 ． 7 (m ． s 1) 、 f7 均速度 l 521 ． 4 1522 ． 9 1470 ． 7 (n1 ． s 1) 表 3 ． 4 模型弹 II 的 x 光照片数据处理结果 ＼＼时刻 “s 99 ． 96 l 33 ．： { 166 ． 6 199 ． 9 233 ． 2 266 ． 6 ＼ 参 x 哪 H ．．＼ K 身 fI 比 1 ． 27 1 ． 77 2 ． 19 2 ． 28 2 ． 41 2 ． 55 弹头速度 1512 ． 3 1456 ． 6 1402 ． 7 (m ． s 1) 弹尾速度 1298 ． 5 1433 ． 9 1402 ． 7 (m ． s 1) 甲均速度 1405 ． 4 1445 ． 3 1402 ． 7 (m ． s 1) 从彳 } 弹 x 光照片及试验数据处理结果中可以清楚的看出，模拟弹与原璎弹和： 对 J 近符合模拟比的时刻点上弹形是相似的，变化规律也是相同的。而且在对应符 合模拟比的时刻点 i ：，模型弹与原型弹 EFt ，的头部速度、尾部速度及平均速度均 棚 “1 ，误差稚 j 工程误差允许范围 10 ％以内，且变化规律也相同；其长细比在对应 符合模拟比的时刻点上也均卡 H 当，误差也在工程误差允许范围 10 ％以内，证明 EFI ， EFP 成形机理及关键技术研究 成形模拟律是成立的。 3 ． 2 EFP 侵彻模拟律研究 存 EFP 战斗部设计中，除 EFP 气动外形外，穿甲威力才真 IIj 是 l 设汁人员所追 求的最终日的。前节的研究表叫， EFP 的成彤形态足满足儿何模拟律的。如果也 能 hF 明 EFP 的侵彻模拟律成 ● ：，则将会极大降低 E ㈩的 +0f,N 成本，并有助于 E J 衄删的推 f“ 。下面我们将对这一问题进行研究。 3 ． 2 ． 1 EFP 侵彻模拟律分析 从棚似理论知，几何相似律的应用要求模型试验必须真实再现原裂试验的物 理现象，且影响原型试验的物理因素必须能够量化，同时，这些量化 1r 的参量问 应存在着一定的函数关系，否则就不能』 { 】丰 fI 似模拟律来研究。对于 EFP 穿甲模拟， 只要模型 EFP 穿甲与原型 EFP 穿甲的影响因素的物理的、几何的参量能够量化， 』 { ：遵循一定的函数关系，则 EFP 穿甲模拟律就能成妒。 3 ． 2 ． 2 EFP 穿甲过程的相似参数 尽管 EI"P 穿甲足一个非常复杂的物理力学现象，影响因素很多。化总的说来 1i 菱影响冈素毖本 I ：来源子以 F 几个方面：要想完成 EFT ，穿甲过程莳先必须获得 一个 J ；自．一定形体和一定速度的 EFI’ 弹丸，而任何～个具有一定形体和速度的阶 P 弹丸的捩 i ： } 都是通过一定结构形状的煳：药装药爆炸后形成商温高压的爆轰产物作 JtJ 于 J} 有一定结构形状的金属药型罩 I ：，使金桶药型罩在爆轰载荷的作用 F 发乍 橄人的趣性变形绛／ ii 断伸长变细而形成的。一定材质的药型罩所形成 EFP 的结构 形状、质心速度对其穿甲性能影响极人。、刍然，一定材质的药型罩所形成的具仃 一定结构形状； fII 质心速度的 EFP 对靶板目标的侵彻性能还取决于靶板的材料特性 ij 结构， H—F,FI ，弹丸对不同靶板的侵彻性能足彳 i J 司的。因此，最终影响 EFI ，侵 彻性能的闵素 } ：要取决于： EFP 战斗部装药的有关参数、形成 EFP 的金属药型罩 的自 ‘ 火参数及靶板的有关参数。在这 i 方面 I 圈素中，其中装药及药型罩的有关参 数只影响所形成 EFI ，的结构形状及质心速度。那么根据上一节关于 EFP 成形模拟 律的讨论，来 f{EFI ，装药及药型罩的影响 EF[ ，成形结构形状及质心速度的因素有： ① 装药宙：， ”P 。、 D 、 r 、 Z ， ② 药犁罩有： Ld 、 PJ 、 Ed 、％、 }j 、 a 、 Zd 这 ‘h 不包括 EFP 的成形时间 T 参数，因穿甲试验都取 f ： F1) 的最终成形形态。另 外，根据穿甲理论，来自罩材方而的影响 l 涧 ’ 穿甲性能的 I 坷素还应包括罩材的音 速 (1d 。 根据穿甲理论，来自靶板方面的影响因素主要肯：靶板特征尺寸厶、靶板结 构形状特征数乙、靶板材料密度见、靶板材料的弹塑性模量乜、靶板动态强度 74 南京航空航天大学博 t 历研究 I 作撤 { 限 K 、泊桑比％、靶板材料爵速 n 及 EFI’ 着靶攻角 ∥ 和炸距 x 等即 ③ 靶板有： L 、风、， o K 、 V^ 、 (1^ 、 ∥ 、 x 、 Z^ 其 22 个物理鬣。 l 叮 EFI ，的穿甲威力通常川卧 p 对靶板的仪彻深度 II 来表示，那么 穿深 l{ ～定足 I ：述诸参景的晒数，即： H=fU ， ? ， p? ， D ， r ， z e ， f ． d ， pd ， }i d ， V d ， Yd ， a ， ( 『 "z d ， | ， h ， Ph ， E h ， Yh ， v h ， (?b ， Zh ； B ， x 、 f3 6) 取 Lr 砌、 K 为独讧最纲物理最，并把 l ：式化为无最纲 } 髟式即： ^if ， _f 惨 p, ．产 ^ 乙铃 ‰ 啦一萨铃 Lb 糖 E6 沙萨以乙 I 、『 pd V pd 、『 p 。 7 r3 7} 3 ． 2 ． 3 EFP 穿甲模拟律 如果 n ：模拟试验 ·} ，，模型弹 ‘j 原型弹所 J|j 装约 M 号午 lj ㈣、裟药密度卡 ¨J 一、约 榔洲㈣则笔、 — 等一等川、斧徽常数； { 【 | 黼试验 、 pd ～ pd 一 1-l 州时义能使模型试验 ‘j 原掣试验所用靶板材料柏同， 11 EFI ，着靶攻角卡 ||H ，则 尝、等、琶 ¨ 、争、 ∥ 蜊是常数捌坛如 ·7 ，可化为： ～ p 。 7 等 - ， -C 等，乙％瓦口， FLb ，毒 j c ， s ， III 式 ( ： { ． 8) ，根据牛 |{ 似定理知，稚： EFI ，模拟侵彻试验中，如果模型试验和原犁 试验采川的装药 d^U- 十 I] 同、装药密度午 }{ 吲、装药结构形状相同、装药结构尺 ij| 问 满足选定的模拟比关系，药型罩材料相同、药型罩结构形状相同、药型罩结构尺 、】 ‘ 问满足选定的模拟比关系，靶板材料棚同、靶板结构形状相同、靶板结构尺、 j | 、 HJ 满足选定的模拟比关系，且 EFP 着靶攻角也相同，战斗部与靶板之间的炸距州 满足选定的模拟比芙系，则模裂试验与原型试验的穿深间也应满足选定的模拟比 火系。 EFP 成形机理及关键技术研究 3 ． 2 ． 4 试验验证及结果分析 根据 t ：述对 EFP 侵彻模拟律的分析，以前节 EFP 成形模拟律研究所 J1j 装约 ^ 径为中 60mm 的 EFP 战斗部作原型弹，以模拟比为 1 ． 333 的装药卣弪为巾 80mm 的 H ： I’ 战斗都作模型弹，分别以 470mm 炸距和 625mm 炸距对

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为 600mm×400ram×20ram 的 45# 碳钢板 3 块叠置和 4 块叠置构成的靶日标进行对比射击试验，以检验【：述 EFP 侵彻模拟律的正确性。这里靶板的横向尺寸没有按模拟比配旨，原闪是，根搦穿 甲理论，现在所选定的靶板横向尺寸与两种战斗部所形成的 EFI ，弹丸随径棚比已 足够人，靶板边界效应对 EFP 穿甲过程 L 二刁 i 能产生影响，斟此，现种 i 所选定的靶 板横向尺寸对两种战斗部所形成 EFP 的穿甲过程来说可看作是无穷大的，所以尢 需再按模拟比进行配置。另外，试验中采用如此短的炸距的目的是为 r 保证两试 验的 I'FI’ 都能垂直着靶，以满足两试验 EF[ ，着靶攻角相同的要求。试验所用原型 弹 ‘j 模型弹对比参数列表如表 3 ． 1 所示。试验布箕如图 3 ． 2 所示。模型弹与原形 弹各射击 3 发，其分别在靶板上的开坑结果如图 3 ． 3 及图 3 ． 4 所示，试验数据处 理结果如表 3 ． 5 所示。 图 3 ． 2 EFP 侵彻模拟律试验布置图 图 3 ． 3 原型弹 EFP 在靶板上的开坑结果照片 图 3 ． 4 模型弹 EFP 在靶板上的开坑结果照片 EFP 成形机理及关键技术研究 表 3 ． 5 模型弹和原形弹侵彻模拟试验数据处理结果 ＼弹种 原型弹 模型弹 备注 ＼ l# 2# 3# 1# 2# ： {# 参 g ＼ 入孔 击 40× 中 35× 巾： {6× 中 65× d)55× 击 57× 第一块 尺、 j 中 36 中 37 中 36 由 65 d)5 ： { 击 56 入孔尺 (ram) 、 J f{5 孔 第．块 尺、 J 击 35× 巾 35× 巾 35× 由 55× 击 55× 击 56× 或第 i 中 36 中 33 中 36 由 55 中 54 中 54 块入孔 (mm) 尺、 J‘ 第 —— 块 2() 20 20 2() 2() 2() 靶 板 仪 第 ● ● 块 14 l 5 l 5 20 2() 20 彻 靶 扳 第 深 二 ● 块 4 7 8 靶 _I!{ ： 扳 A II 计 ： {4 35 35 44 47 48 mm jjI{ 度 平 均 ： 34 ． 667 46 ．： 33 ： { 深 度 从 ji 述试验结果可以看出，模型弹 _ 三发 1f 均穿深为 46 ． 333mm ，原翟弹 i 发的 、 Ii 均穿深为 34 ． (567mm ， n 有 46 ． 333 ／ 34 667=1 ． 33 ，表刚 j 模型弹 ’j 原型弹对靶板穿 深之间的关系符合选定的模拟比，证明 J ， L 述所建让的 H1P 侵彻模拟律是成莎的。 南京航窄航天人学博 ij 后研究 I‘ 作报错 4 EFP 对不同材质靶板侵彻相关系数研究 研究 EFP 战斗部的目的就足为 r J}j 它来对具有一定防护能力的装甲 r_I 标完成 侵彻功能的。而战斗部对靶板的侵彻足一个非常复杂的动力学过 {2 ，到 n 前为 ff ： 还尤法从理论 l ：对这一过程进行精确的描述，可信的数据结果还只能通过试验水 捩得。特别是对于 EFP 战斗部来说更是如此。 }11 于卟 P 足利 J}J 妁二药的爆轰能鞋将 金擒药型罩 “ 锻造 ” 成具有一定结构形状的弹丸的，所以其穿甲 nd 题要较其它弹 利 - 的穿甲问题复杂的多，其间影响及下扰因素也很多，对于日前的技术水 ’h 只 有从试验一 } ，取得的结果才是唯一可信的结果。长期以来，困家靶场试验操作规稃 f} 】就 L 二明确规定，考核战斗部对装甲目标的侵彻能力必须以战斗部对国家标准靶 板的实弹射击验收结果为依据。这一规定对实际产品研制工作带来很大困难，一 个产 ^^ 从研 S rl 至 ]J 定型往往要经过无数次的重复试验，如果每次试验都以国家标准 靶板为检验对象，坷 i 仅会造成国家财产的极大浪费，而且在国家财政还不太富裕 的今天，我敢说没有哪个项目真一能承受得 r 。原因就是圈家标准靶板价格非常 bj 贵。那么是不足说就无法进行科学研究 J ， ? 不是的。 n 《题的关键在于怎样／ j 能 找到一种变通的办法，既能夫幅度降低试验费 JH 开支义能使试验结果可与 I 目家试 验操作规程的要求接轨，这也是所有该闷题研究人员普遍关心的 ^d 题。实际『 }J ， 所干丁 El ： 1) 穿甲问题的研究存其过稃中也都足以比较廉价的国家标准 45# 碳钢板为 试验对象的， 114 家』 i 管部门凶经费的限制对这一结果也只能无可奈何的接受。这 样就提 J ，一个很现实的 0U 题即：如何爿 ‘ 能把 EFI ，战斗部对 45# 碳钢板的侵彻研 究成果转化为对陶家标准靶板的侵彻结果，以便实现科研成果真 IIji 勺文用产 · ； 111 的 转化。 F 『睡陇们就这一 nⅡ 题进行 r 研究。门的就足通过试验来获得盯 I) 对 I 埘家标 准靶板 l_j 45# 碳钢板之 l 、 HJ 的侵彻丰 ¨ 关参数，确定 “{j|j 45# 碳钢板代替 l 目家标准靶板 考核 EFI ，威力指标的依据。 4 ． 1 EFP 对靶板侵彻现象分析 从 I!FI) 的材料状态看，它既 4i11j ： J 于处十流变体的射流，也不同于处于 I)40 性体 的穿甲弹，而是介于两者之间的大塑性变形体。从 EFP 的侵彻速度范围约 l 300m ／ s ～ 2000m ／ s 看，它远低于射流的侵彻速度，接近用火炮发射的穿甲弹的侵彻速度。 从其对巾厚靶的穿甲过程看，也包括开坑、侵彻及冲塞三个阶段，闳此，它的穿 甲特点总体上应属于高速动能穿甲范畴。据此，我们来确定 EFP 穿甲试验方案。 在研究靶板抗弹侵彻能力或战斗部对靶极的侵彻威力时，常采用战斗部对、仁 九限厚靶的侵彻深度 Ⅳ ，或采用对中厚靶侵彻的弹道极限速度 V 。作为评价标准。 弹道极限速度 V 。。评定方法虽然较精确，但要想获得一定数最的穿透概率为 j() ％ 的 I‰ 界速度 V 。必然要耗费大量的弹药及一定面积和厚度的靶材才行。尤其对 l 州 ’ 侵彻来说更足如此。因经费和时间的限制，我们无力进行 V 。的研究，／ f i 过，既然 盯 I ，对靶板的侵彻是属于动能穿甲的范畴，对于中厚靶穿透现象的研究便可采用 动能法。因为，当 EFP 对两种靶材侵彻时的着靶姿态相同、着速相同、弹形结构 尺、』。干 f{ 同及两种靶材靶板的厚度也相同时， EFP 穿过两种靶材靶板所消耗的动能 比便体现了两种靶材靶板抗 EFP 侵彻能力的关系。同时也体现了 EFI ，对两种靶材 靶板侵彻威力之间的关系。 EFP 成形机理及关键技术研究 发掰 ?I) 着靶初速为 v 。、初始质量为 M 。、穿靶后剩余质量 M ，、剩余速度为 V 。、 EFP 着靶动能为 E 。、 EFP 靶后剩余动能为 E ，、 EFP 穿靶过程中所消耗的动能为 E ， 则： EFP 者靶动能为： F 。：： M 。％ 2 (4 1) EFP 靶后剩余动能为 ‘ ： _=1 MlU2 (4 2) EFp 穿靶过程中所消耗的动能为： E=Eo-E ． = ； M 。％ 2 一； M 。 K2 (4 3) !j!|j 二二堕即表征了两种靶材靶板抗 EFI ，侵彻的关系。 ，： 45 对于、 } ，无限厚靶侵彻，可采用 EFI ，对两种靶材靶板侵彻深度之比作为衡髓 je 对两种靶材靶板侵彻相关系数的依据。闪为这种方法既是穿甲领域穿甲弹研究人 员惯 J1 】的方法，被人家普遍认可，也符合实际应 J} 】的需要。凶为战斗部穿甲威／ j 的人小，最终还取决于它对装甲板的侵彻深度。 4 ． 2 EFP 对两种不同材质靶板侵彻试验及结果分析 根 it, ： L 述分析结果，我们进行了试验研究。试验 JfJ 弹均采 j|j l ：再模拟律研究 时所使 J|J 的 EFP 战 j} ．部原型弹来形成穿甲所需的 F,FI ，弹丸。而 n 奉试验所使川的 EFI' 战 i| 部均横删一批次的。战斗部 L1 纷均为中 60mm ， j ￡所形成 EF[’ 弹丸的卡』 J 始 参数为： 弹径： 2lmill 弹长： 56mm 质鞋： 67 ． 79 速度： 1460m ／ s 试验用靶材，无论是标准靶板还是 45# 碳钢靶，单块规格均采用 600mm×400mm X 2()ram ，而凡，均足属于同一批次的，且均有国家标准编号及合格证。对于中厚靶 仪彻试验采用单块靶板进行，对于半无限厚靶侵彻试验采用 4 块叠冒的靶板。靶 扳厚度所属范闱的确定，是依据穿甲理论中对这两类靶板尺寸的规定。 4 ． 2 ． 1 对中厚靶板的侵彻试验 仡利用动能法进行中厚靶的穿透侵彻试验时，最大的问题是如何扶搿盯 r 穿 靶历的剩余动能。这里我们是采用脉冲 X 光摄影技术来获得 EFI ，穿靶后的残体剩 余速度，利用锯沫桶回收穿靶后的 EFP 残体，进而求 fjj 每发 EFP 弹丸穿靶后的剩 余动能。试验布置如图 4 ． 1 所示。为了保证每发弹 EFP 在着靶前均已变形究皆， 同时又能保证各发试验弹 EFP 的着靶姿态及着靶角度均相同，全采用 470mm 的炸 距，保证 Et?f) 能垂甑着靶。试验后 EFP 对两种靶材靶板的侵彻破孔照片如图 4 ． 2 所示，试验拍得的某发 EFP 弹丸穿靶后残体在不同时刻的两张脉冲 x 光照片如图 南京航空航天大学博士后研究 l ：作报告 4 ． 3 所示。凹收所得 f' jFI’ 穿过两种靶材后的残体照 J{‘ 分别如图 4 ． 4 及图 4 ． 5 所示。 r 腑㈠下 ～～ 、 ≯ 欧 ／ ◇ ＼ + 一／／／ 傲舄 图 4 ． 1 EFP 对中厚靶穿甲试验装置布置图 EFP 戚肜 ⅣL 毋及疋矬技术研究 图 4 ． 2 试验后 EFP 对两种靶材中厚靶板的侵彻破孔照片 图 4 ． 3 中厚靶穿甲试验某发 EFP 穿靶后残体在两不同时刻的 x 光照片 EFP 成形机理及关键技术研究 图 4 ． 4 EFP 穿过 45# 碳钢靶后回收所得其残体照片 图 4 ． 5 EFP 穿过标准靶板后回收所得其残体照片 南京航窜航人人学啤 f 后研究 1 ： n‘ 报；～ 试验数捌处理结果如表 4 ． 1 所示。 表 4 ． 1 中厚靶穿甲试验后的数据处理结果 ＼ 参最 EFP 着 盯 f ，着 舯：拦 F EFP 穿 Ⅲ?f’ 穿 EFI ，穿 试验射 ＼ 靶前的 靶前的、 靶后贱 靶后残 靶所、 { ， 击发数 速度 质甚 体、 r 均 体、 { ，均 均消 4_ ￡ 靶 l ＼ 质髓 速度 的 z 力能 、 (J 玎 ‘s 1) (g) (mm) (g) (m ． s 1) ( ． J) 4j# 碳钢 146( 】 67 ． 7 47() 46 ． 8 64—8 62455 ． 8 ： { 靶 标准钢 1460 67 ． 7 47(1 37 ． 7 400 ． 5 69142 ． 6 ： { 靶 注：数据处理时每发弹 EFP 穿靶后的残体速度采用的是靶后 EFP 群体破片的平均速度。 根据试验数据处理结果小难得 ， EFI ，对两种一 i 同材质的一 1l 厚靶板的侵彻牛 ¨ 天 系数为： 止杯％。 =69’37 ％ 2455 8=¨o 彳即假设某 H|f) 对巾厚标准靶板的穿深为 f ， !J!IJj ￡对 I} 】厚 45# 碳钢靶的穿深就是 1 ． 1()7 。 4 ． 2 ． 2 对半无限厚靶板的侵彻试验 试验们镫如图 4 ． 6 所示。为 r 保漩每发弹 EFI’ 订漕艴 f 辩均 L 二变形究皆， f 州时 义能保证行发试验弹 I 州，的符靶姿态及着靶角度均牛 1| 同，全采川 470ram 的炸趼， 保证 EFI’ 能睡随着靶。 图 4 ． 6 EFP 对无限厚靶穿甲试验装置布置图 EFP 成形机理及关键技术研究 试验后 EFP 对两种靶材靶板侵彻开坑结果如图 4 ． 7 所示。侵彻试验的数据处 理结果如表 4 ． 2 所示。 图 4 ． 7 试验后 EFP 对两种靶材半无限厚靶板的侵彻开坑照片 南京航宅航天人学博 } 。后研究 L 作报 {E 表 4 ． 2 EFP 对两种靶材半无限厚靶板侵彻试验结果 ＼枣量 射距 靶型 侵彻情况 平均穿深 弹争＼ (mm) (ram) i# 标准 孔径中 35× 中 38 穿深 22mm 垂直着靶 2# 470 靶板 孔径中 40X 巾 40 穿深 23mm 垂直着靶 22 ． 667 3# 孔径中 40× 巾 40 穿深 23mm 垂直着靶 4# 45# 碳 孔径由 40× 由 36 穿深 34mm 垂直着靶 5# 470 钢靶 孔径由 35× 中 37 穿深 35mm 垂宜着靶 34 ． 667 6# 孔径巾 36× 巾 36 穿深 35mm 垂直着靶 由表 4 ． 2 的数据处理结果可以看 ii{ ， EFP 对两种靶材半无限厚靶板的侵彻深度 LEJ,j ： Ⅳ 标％ 45-22 舶 ‰ ． 667= 彳 53 即假设某 EFI’ 对半无限厚标准靶板的穿深为 l ，则其对半无限厚 45# 碳钢靶的穿深 就是 1 ． 53 。 从 } ：述 EFI’ 对两种靶材的中厚靶及半无限厚靶的侵彻试验结果可以看 m ， EFP 对两种靶材的中厚靶及半无限厚靶的侵彻相关系数是不同的，表明在确定 EFP 对 小同材质靶板的侵彻相关系数时应考虑靶板的厚度范围。分析认为产生如此结果 的原阕足这样的： }{{ 于 EFI’ 穿甲是属于高速动能穿甲的范畴，根据应力波理论， 柙：卟 P 着靶时会向靶板内传入很强的振成力波。吐 t 十该前驱压应力波在靶板内的 传播速度远人于 EFP 对靶板的侵彻速度，所以对于中厚靶侵彻来说，前驱 J{i 心力 波将先于盯 P 弹丸到达靶板背所， " 往靶板背面的界面反射作用下，又向靶板内 反射回很强的拉应力波， j{ ：使处于其作用区的靶背面材料承受很 强的拉应力载衙， 从而引起靶板背丽材料的崩落。靶背面材料崩落块的人小毛要与靶板材料的机械 性能、靶板厚度及着靶弹丸直径和速度有关。对 f 本文试验中着靶弹丸的怠径、 速度及靶板厚度均相同的情况，靶背面材料崩落块的大小主要与靶板材料的机械 性能有关。从所使用的两种靶材的机械性能对比看，虽然标准靶板材料的抗胍强 度及硬度都远高于 45# 碳钢靶材料的相应值，但标准靶板材料的抗拉强度却稍低 于 45# 碳钢靶材料的抗拉强度，而决定靶背面材料崩落块大小的关键因素 IF 是材 料的抗托强度，加上标准靶板材料的硬度值较高，其在拉伸冲击 载荷作用下比较 窬易发， {i 脆裂，因而两种靶材在相同强度冲击拉应力波作用下，标准靶板靶背丽 材料崩落块的厚度就大于 45# 碳钢靶的值。试验结果也证实 J ，这一点。由于用于 侵彻两种靶材的盯 P 弹丸的初始条件都相同、两种靶材靶板的厚度也相同、侵彻 两种靶材的 FI?P 弹丸消耗于用来产 ’t 靶后崩落块的应力波的能量也相同，产乍的 靶后崩落块的厚度却不相同，使得 E 即弹丸实际侵彻的标准靶板的厚度小于 EFP 弹丸实际侵彻的 45# 碳钢靶的厚度，所以造成 EFP 对两种靶材中厚靶板侵彻的相 关系数比值较小。对于半无限厚靶的侵彻来说， Eh 于半无限厚靶的定义就要求， 实际靶的厚度必须能保证冲击应力波不会产生靶后效应。因此，这里 EFP 弹丸的 全部能量包括消耗于产生冲击应力波的能量，都用来实现对靶板材料的冲击压缩 及排开靶板材料完成开坑 I ：，所以其侵彻相关系数的比值较大。实际上，这里两 组试验侵彻相关系数的不同正说明了穿甲理论研究领域一定要区分中厚靶侵彻 ‘j 半无限厚靶侵彻的原因。 EFP 成形机理及关键技术研究 5 结论 本文采用以试验为 t 计算分析为辅的方法，对 EFP 的成形机理及关键技术进 行 r 较为全面系统的研究。为推动该领域技术的发展奠定了基础。主要成果可 !J] 结为以 FJL, 方面： 1) 关于药型罩的结构形状及尺寸。通过试验及计算模拟的分析，揭示 r 小同 形状的药型罩形成 EFP 的机理。并给出 r 药型罩的顶口壁厚差及球缺罩坶 线的曲率半径对 EFI ，成形性能影响的规律。 2) 关于起爆方式。通过对试验结果的分析指出，起爆偏心对 EFP 的成形形态 有很大影响，并分析了其影响规律。同时以试验与计算模拟相结合的方法 揭示，带翼 EFP 的成形机理，证明 _ 厂在对起爆、装药及药型罩系统进行合 理匹配设计的前提 F ，利用装药端面均布多点同时起爆方式可以大幅度提 高装药爆轰潜能的发挥及利用率，并对获得大长细比、高威力、高飞行稳 定的带翼高性能 EFP 展现出诱人前景。 ： {) 关于 EFP 的模拟律。以试验和分析相结合的手段建立 r EFP 的成形模拟律 及侵彻模拟律，为小口径研究成果向大口径产品型号的转化提供 j ，重要依 掘。 4) 建立 j-EFP 对不同材质靶板侵彻的相关系数，为用廉价材料代替昂贵的标 准靶板进行科学试验提供，重要依据。 山于时间及其它条件的限制，报告工作还存在不少不足及缺憾之处，譬如多 点起爆 F 获得的带翼 EFP 的飞行稳定性及穿甲威力的定量评价还有待于进一步的 研究，只有这样才能给它较点源起爆所获得的回转体形 EFI ，性能的优越程度作出 II 』确评价。其次，在多点起爆下如何消除罩口部材料的崩落使更多的罩材参与 EFt ， 的成形也是下一步的工作方向之一。第三，采用多点起爆尽管是提高 EFP 性能的 有效途径，但它毕竟增加了系统的复杂性和不稳定性，所以如何提高系统的可靠 性及稳定性也应是卜 - 一步 T 作的重点之一。 南京航空航天大学博 } ：后研究 L 作报告 致 谢 感【射导师叫晓教授在流动站 T 作期问给 r 我尤微 4i 致的火怀用 |_ 谆谆教诲。他 ， “i 孳的治学态度、渊博的知识、敏锐活跃的思维方式、川结敬业求实创新的丁作 作风，将使我终生受益，并激励我向更高的科学高峰攀登。 在工作站 T 作期间，流动站的其他老师及同事也给『， r 我多方阿的帮助，往 此一片表示忠心的感谢。 ! 竺盛丝塑堡垒差堡丝查笪塑 参考文献 f1] 似顺蒙，李录荫．自锻破片技术的现状及来束发展．北京： JE 京 T, ／ k 学院， 1987 ． 7 [2] 郭延辉．对我军穿甲弹破甲弹系列的初步分析．破甲文集 (pU) ，西安： · 川 q 兵 T 学会， 1984 ． 7 [ ： {] 扬天荣，沈晓军．从特种装甲的发展看破甲战斗部发腱巾需要重视的 6U 题．破 甲文集 ( 四 ) ，西安：中国兵工学会， 1984 ． 7 [4]tr ． [|ornemann ． K ． Weimann ． Explosivel Y formed projecti le warheads ． Mi l i tary Technology ． 4 ／ 87 ， 1987 [5] 王颂康．破甲技术研究的几个方向．破甲文集 (V T) ，北京：兵器 Tqp 出版社． 1992 [6] 何顺录．白锻破片技术的研究进展．北京：北京理工大学出版社．】 996 [7]W ． P ． Walters ， J ． A ． 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