含偏心起爆對EFP戰(zhàn)斗部飛行特性的影響*

劉 健 峰,龍 源,紀(jì) 沖,趙 長 嘯,姜 楠

(1.解 放軍理工大 學(xué)野戰(zhàn)工程 學(xué)院,江蘇 南 京 210007; 2.北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100081; 3.武漢軍械士官學(xué)校,湖北 武漢430075)

含偏心起爆對EFP戰(zhàn)斗部飛行特性的影響*

劉 健 峰1,2,龍 源1,2,紀(jì) 沖1,2,趙 長 嘯3,姜 楠1

(1.解 放軍理工大 學(xué)野戰(zhàn)工程 學(xué)院,江蘇 南 京 210007; 2.北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100081; 3.武漢軍械士官學(xué)校,湖北 武漢430075)

為研究起爆不對稱性對EFP戰(zhàn)斗部飛行特性的影響,對不同偏心量下?60 mm 弧錐結(jié)合罩 EFP戰(zhàn)斗部進(jìn)行飛行彈道實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:偏心起爆條件下,當(dāng)相對偏心量小于3.3% 時(shí),EFP在網(wǎng)靶穿孔接近圓形,彈丸飛行穩(wěn)定;起爆相對偏心量達(dá)到6.7% 時(shí),彈丸飛行過程中擺動(dòng)幅值增大,降低了對目標(biāo)的打擊精度和毀傷效果。利用 LS-DYNA及 CFX非線性動(dòng)力學(xué)有限元程序?qū)Σ煌鸨牧肯鲁尚?EFP的空氣動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)值模擬,描述了偏心起爆影響 EFP成型對稱性,改變彈丸在飛行過程中流場的分布特征,從而導(dǎo)致彈丸飛行過程中無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的全過程。

爆炸力學(xué);非對稱;空氣動(dòng)力;外彈道;偏心起爆;尾翼彈丸

隨著近年來對新型反裝甲靈巧彈藥的研制,爆炸成 形彈丸(explosively formed projectiles,EFP)戰(zhàn)斗部受到越來越廣泛的重視和研究。目前正在開發(fā)或生產(chǎn)的靈巧彈藥多是基于EFP戰(zhàn)斗部的末敏彈。這種EFP戰(zhàn)斗部的終點(diǎn)彈道能力要求達(dá)到1000倍裝藥口徑炸距以上仍可有效打擊裝甲目標(biāo)的頂甲或側(cè)甲。在實(shí)施遠(yuǎn)距離攻擊時(shí),為保證彈丸經(jīng)過一個(gè)較長的空氣彈道階段后仍能以足夠小的攻角準(zhǔn)確毀傷目標(biāo),要求該類戰(zhàn)斗部能夠成型具有良好空氣動(dòng)力學(xué)特性的EFP。由于EFP是作戰(zhàn)實(shí)時(shí)起爆成型,其部件制造和裝配過程中的不對稱性以及偏心起爆的位置偏置都會(huì)對EFP成型造成影響,使實(shí)際成型的彈丸總是或多或少存在不對稱性。這些不對稱性將直接影響EFP外彈道飛行穩(wěn)定性及著靶精度等:曹兵等[1]通過實(shí)驗(yàn)研究了偏心起爆 對 EFP 成型的影 響,得到了起爆偏 心 量 與 EFP 頭 部 橫 向 剩 余速 度之間的關(guān)系;K.Jach 等[2]通過 數(shù)值編 碼 對 藥 型 罩 施 加 偏 心 載 荷,獲 得 尾 翼 偏 置 的 EFP;D.J.Brandeis等[3]通 過 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 研 究 了 各 種 不 對 稱 形 狀 對 爆 炸 成 形 彈 丸 空 氣 動(dòng) 力 性 能 的 影 響 ;C.Berner等[4]研 究 了尾裙高度、數(shù)量及其非對稱性對EFP空氣動(dòng)力特性及飛行性能的影響,并且用參數(shù)表示了在翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)緩慢時(shí)非對稱性外形結(jié)構(gòu)的的優(yōu)點(diǎn);P.Rouge等[5]通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算研 究了 裝 藥 端面中心點(diǎn)起 爆 以及偏心起爆條件下爆轟產(chǎn)物以及成型彈丸內(nèi)部壓力、速度及變形分布特點(diǎn)。但是,對于由偏心起爆引起EFP外形不對稱而對彈丸在飛行彈道(從EFP飛行到命中目標(biāo)這段距離)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及終點(diǎn)彈道散布水平的影響,尚未見有系統(tǒng)的研究。

本文中基于60 mm 弧錐結(jié)合罩EFP裝藥,通過EFP飛行彈道實(shí)驗(yàn)研究不同偏心起爆方式下成型EFP外彈道運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性及終點(diǎn)毀傷效應(yīng),利用數(shù)值模擬分析不同起爆偏心量下成型EFP的空氣動(dòng)力學(xué)特性,研究結(jié)果為EFP戰(zhàn)斗部起爆參數(shù)設(shè)置提供有益參考。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

EFP戰(zhàn)斗部以自行優(yōu)化設(shè)計(jì)的?60 mm 變壁厚弧錐結(jié)合型紫銅罩戰(zhàn)斗部為基礎(chǔ),藥型罩口徑為56 mm,曲率半徑為46 mm,罩頂部壁厚為3.5 mm。裝藥為圓柱形裝藥,裝藥高度為60 mm,戰(zhàn)斗部裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)中采用相同裝藥結(jié)構(gòu)的EFP戰(zhàn)斗部:無偏心量時(shí),采用裝藥端面中心點(diǎn)起爆方式,起爆點(diǎn)為圖2所 示 起 爆 點(diǎn)1;偏 心 起 爆 時(shí),在 距 離 裝 藥 端 面 中 心 點(diǎn)2、4 mm 處 分 別 設(shè) 置 偏 心 起 爆 點(diǎn)2和3,起 爆 點(diǎn) 分別為圖2所示起爆點(diǎn)2和3。采用偏心量δ與裝藥直徑d的量綱一比值K表示偏心量相對于裝藥直徑的 大 小,即,則3種 偏 心 起 爆 方 案 的 相 對 偏 心 量 分 別 為0、3.3%和6.7%,圖2即 為 3 種不同相對起爆偏心量的設(shè)計(jì)方案示意圖。

圖1 ?60 mm EFP戰(zhàn)斗部實(shí)驗(yàn)照片圖Fig.1 Experimental picture of?60 mm EFP warhead

圖2不同偏心量設(shè)計(jì)方案Fig.2 The design of different initiation eccentricity

圖3 所示為偏心起爆條件下 EFP飛行彈道實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場布置:EFP戰(zhàn)斗部水平設(shè)置,距離地面1.5 m,沿EFP飛行彈道15 m 處開始,按照5 m 間隔共設(shè)置15塊網(wǎng)靶,用來捕捉EFP飛行過程中彈形和飛行姿態(tài)變化。在離戰(zhàn)斗部15 m 處和85 m 處分別設(shè)置2組鋁箔靶測定 EFP飛行中的速度及速度降。距戰(zhàn)斗部中心96 m 處設(shè)置1 m×1 m×25 mm 的45鋼方形靶,從而獲得偏心起爆對EFP的立靶密集度以及侵徹威力的影響。實(shí)驗(yàn)之前將戰(zhàn)斗部置于特制的木支架上,利用瞄準(zhǔn)儀瞄準(zhǔn)目標(biāo)、水平測量儀調(diào)整靶板姿態(tài),保證戰(zhàn)斗部中心、網(wǎng)靶中心和鋼靶中心處在同一水平面上。

圖3 EFP戰(zhàn)斗部偏心起爆飛行彈道實(shí)驗(yàn)布置示意圖Fig.3 Setup of EFP flight trajectory experiment

2 偏心起爆影響EFP飛行特性和彈道散布實(shí)驗(yàn)

EFP飛行彈道實(shí)驗(yàn)中預(yù)先在網(wǎng)靶上豎直做一條直線,設(shè)置網(wǎng)靶時(shí)用鉛垂線校正將其作為處理EFP飛行姿態(tài)的基準(zhǔn),每發(fā)彈丸連續(xù)穿過15個(gè)網(wǎng)靶。彈丸穿過網(wǎng)靶時(shí),部分網(wǎng)靶破裂,未統(tǒng)計(jì)破裂靶紙信息。實(shí)驗(yàn)中無偏心時(shí),回收有效靶紙12張;偏心量為3.3%時(shí)回收到有效靶紙12張;起爆相對偏心量為6.7%時(shí)回收到有效靶紙13張。圖4所示為3發(fā) EFP在飛行彈道不同距離上部分網(wǎng)靶穿孔照片。

由圖4可以看出網(wǎng)靶較好的記錄了EFP飛行過程中姿態(tài)的變化情況。實(shí)驗(yàn)表明,無偏心量時(shí),彈丸在網(wǎng)靶上的穿孔幾乎接近圓形,說明彈丸運(yùn)行穩(wěn)定;當(dāng)相對偏心量為3.3%時(shí),彈丸開始有小幅度波動(dòng)變化,但是很快彈丸的運(yùn)動(dòng)就趨向于穩(wěn)定,網(wǎng)靶穿孔逐漸接近圓形;當(dāng)相對偏心量為6.7%時(shí),彈丸在網(wǎng)靶上留下的穿孔接近EFP縱向截面形狀,扭曲變形的尾翼在網(wǎng)靶上得到了體現(xiàn),說明成型 EFP不具有對稱性,彈丸在飛行過程中發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng),外彈道運(yùn)行穩(wěn)定性較差。從 EFP穿孔形狀還可以發(fā)現(xiàn)EFP彈軸不僅與網(wǎng)靶法線之間的夾角θ(攻角)改變,而且靶紙上彈孔長軸與鉛垂線之間夾角γ(擺動(dòng)角)也不斷發(fā)生變化。由此可以判斷EFP在飛行過程中姿態(tài)變化很復(fù)雜,在攻角變化的同時(shí)還以彈道方向?yàn)檩S發(fā)生擺動(dòng)。

圖4 實(shí)驗(yàn)所得EFP在飛行彈道不同距離上網(wǎng)靶穿孔照片F(xiàn)ig.4 Experimental net target perforation photo of EFP at different distances on flight trajectory

EFP在網(wǎng)靶上穿孔的形狀由EFP的形狀和著靶姿態(tài)決定,豎直布置的網(wǎng)靶可以捕捉 EFP的外形和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。通過網(wǎng)靶上的穿孔形狀,尺寸及穿孔分布可以測定EFP飛行過程中運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的變化情況[6]。圖5~6所示為 EFP飛行攻角和擺動(dòng)角隨飛行 距 離 變化曲線圖,圖中設(shè) 彈 丸 頭部穿孔向上 攻 角為正,彈丸頭部穿孔向下攻角為負(fù),彈軸偏向鉛垂線左側(cè)擺動(dòng)角為正,彈軸偏向鉛垂線右側(cè)擺動(dòng)角為負(fù)。

圖5 攻角隨EFP飛行距離變化曲線Fig.5 Attack angle varied with different distance on flight trajectory

圖6 擺動(dòng)角隨EFP飛行距離變化曲線Fig.6 Swinging angle varied with different distance on flight trajectory

從圖5~6中可以看出,EFP飛行過程中必然伴隨著攻角和擺動(dòng)角的變化,EFP在網(wǎng)靶上穿孔是彈丸在該網(wǎng)靶處攻角和擺動(dòng)角的合成角度。完整EFP在飛行過程中攻角呈現(xiàn)非線性周期擺動(dòng),擺動(dòng)幅度隨彈丸運(yùn)行距離增加有明顯減小的趨勢。當(dāng)炸高大于50 m 后,相對偏心量小于3.3%時(shí)彈丸攻角基本保持在10°以內(nèi),彈丸飛行穩(wěn)定,即 EFP 進(jìn)入攻角小幅波動(dòng)的穩(wěn)定飛行階段;相對偏心量為6.7%時(shí), EFP的攻角和擺動(dòng)角擺動(dòng)幅值較大而且擺動(dòng)收斂速度較小,彈丸在空氣中發(fā)生非周期性擺動(dòng)。彈丸運(yùn)行周期保持在10-2s量級(jí)。

EFP偏心起爆的彈道實(shí)驗(yàn)中,3種偏心起爆成型的EFP均有效擊穿距戰(zhàn)斗部中心96 m 處厚25 mm的方形45鋼靶。圖7所示為以瞄準(zhǔn)靶心為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系,3發(fā)EFP分別在鋼靶上穿孔位置分布。從圖7中可以看出0偏心量時(shí),由于重力,風(fēng)速等自然因素導(dǎo)致彈著點(diǎn)偏離靶 心,EFP 飛 行96 m時(shí) 偏 離 靶 心 的 絕 對 距 離 為0.08 m。隨著相對偏心量的增大,彈著點(diǎn)偏離靶心的位置逐漸增大,相對偏心量達(dá)到6.7%時(shí)彈丸偏離靶心的絕對距離為0.44 m,EFP著靶精度明顯降低。3發(fā)彈丸擊穿鋼靶后在靶板上留下的穿孔都接近圓形。彈體穿過鋼靶時(shí),對靶板造成沖塞式破壞,從靶板坑壁可明顯觀察到紫銅材質(zhì)EFP擠鑿靶板留下的痕跡,在靶板背面還觀察到由于層裂引起靶板背面破片崩落產(chǎn)生的環(huán)形區(qū)域。

圖7 鋼靶上彈丸穿孔分布圖Fig.7 Perforation distributions of 45 steel target

3 偏心起爆對EFP成型及飛行特性的數(shù)值計(jì)算

為從理論上更深刻認(rèn)識(shí)偏心起爆對 EFP飛行特性及終點(diǎn)彈道散布的影響,采用 ANSYS/LS-DYNA有限元軟件對前述實(shí)驗(yàn)中偏心起爆條件下EFP成型過程進(jìn)行數(shù)值模擬,并通過計(jì)算流體力學(xué)軟件CFX對成型EFP的外流場特性進(jìn)行數(shù)值模擬分析。

3.1 偏心起爆對EFP成型特性的影響

利用Lagrange網(wǎng)格對 EFP戰(zhàn)斗部計(jì)算模型進(jìn)行劃分。為提高分析效率,在文中取1/2物理模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,三維有限元計(jì)算模型如圖8所示。

藥型罩材料為紫銅,其本構(gòu)方程選用Johnson-Cook模型,狀態(tài)方程 為 Mie-Grüneisen方程;主裝藥為8701炸藥,炸藥本構(gòu)關(guān)系的描述選用 HIGHEXPLOSIVE BURN 形式,狀態(tài)方程選用JWL 狀態(tài)方程;計(jì)算中添加*CONTACT_SLIDING_ONLY_PENALTY關(guān)鍵字定義炸藥和金屬罩之間接觸算法,藥型罩內(nèi)部采用自動(dòng)面面接觸,從而可以有效地避免網(wǎng)格之間發(fā)生穿透、畸形。計(jì)算模型參數(shù)取自參考文獻(xiàn)[7]。

圖9所示為不同相對偏心量下 EFP成型特點(diǎn)。0偏心起爆時(shí),當(dāng)炸藥起爆200μs后,EFP外形基本穩(wěn)定,彈丸的飛行速度維持在1 500 m/s左右。偏心起爆時(shí),爆轟波形相對于裝藥軸線產(chǎn)生偏斜,作用于藥型罩后造成藥型罩的不對稱壓垮。隨著偏心量增大,彈丸頭部和尾翼分別向相反的方向發(fā)生偏轉(zhuǎn):頭部對稱軸發(fā)生逆時(shí)針方向偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)角度對偏心量變化不敏感;尾翼對稱軸發(fā)生順時(shí)針方向偏轉(zhuǎn),偏心量對尾翼對稱軸偏轉(zhuǎn)的影響程度較大。相對偏心量控制在1.7%以內(nèi)時(shí),彈丸外形基本不發(fā)生變化。相對偏心量超過3.3%時(shí),彈丸頭部和尾翼的相對偏轉(zhuǎn)角增大速率明顯加快。

炸藥起爆后,由于偏心量存在,彈丸獲得一個(gè)垂直于彈軸的橫向速度,運(yùn)動(dòng)方向沿偏心起爆點(diǎn)指向裝藥中心。隨著偏心量增加,彈丸的橫向速度效應(yīng)越來越明顯。圖10所示為不同相對偏心量下彈丸橫向速度的變化情況。當(dāng)相對偏心量小于3.3%時(shí),彈丸橫向速度隨偏心量變化程度較小,當(dāng)相對偏心量為3.3%時(shí),彈丸獲得橫向速度僅為6.1 m/s;相 對 偏 心 量超 過 5% 時(shí) 彈丸 的 橫 向 速 度 增加 速 率 明顯 加快,當(dāng)相對偏心量達(dá)到6.7%時(shí),彈丸的橫向速度達(dá)到17.3 m/s,經(jīng)過百米 量級(jí)中間彈道飛行后彈 丸 的射偏量增大,命中目標(biāo)的準(zhǔn)確性概率降低,這與實(shí)驗(yàn)中3種偏心起爆條件下 EFP命中96 m 處45#鋼靶的規(guī)律特點(diǎn)吻合較好。

圖8 1/2有限元計(jì)算模型Fig.8 The 1/2 structure of the finite-element model

圖9 不同相對起爆偏心量影響EFP成型Fig.9 Influence of different relative initiation eccentricity on EFP forming

圖10 不同相對偏心量對彈丸橫向速度效應(yīng)的影響Fig.10 Influence of different relative initiation eccentricity on EFP lateral velocity

3.2 偏心起爆對EFP空氣動(dòng)力特性影響

為進(jìn)一步研究偏心起爆條件下成型EFP的空氣動(dòng)力學(xué)特性,將在LS-DYNA 中成型的 EFP通過計(jì)算流體力學(xué)軟件CFX對彈丸外流場特性進(jìn)行數(shù)值模擬。數(shù) 值 計(jì) 算 基 本 方 程 為 三 維 Navier-Stokes方程,湍流模型采用SST模型,采用“雙時(shí)間步”的二階隱式格式求解非定常過程。氣動(dòng)力計(jì)算條件為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài),即大氣密度為ρ=1.25 kg/m3,大氣壓力為101 325 Pa,大 氣 溫 度 288.15 K,此 時(shí) 聲 速 為340.29 m/s。以 EFP 穩(wěn) 定 成 型 的 外 形[8]及 氣 動(dòng) 參數(shù)作為氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析的初始條件。表1為氣動(dòng)力初始計(jì)算狀態(tài)及基本參數(shù),表中S為最大迎風(fēng)面積,L為EFP長度。

表1 不同工況氣動(dòng)力初始計(jì)算狀態(tài)及基本參數(shù)Table 1 The initial calculation state and basic parameters of different aerodynamic conditions

圖11所示為利用計(jì)算流體力學(xué)軟件CFX得到不同起爆偏心量下EFP飛行彈道流場分布情況。由數(shù)值計(jì)算結(jié)果可以看出EFP在空氣中超音速飛行,將會(huì)在彈丸頭部產(chǎn)生弓形脫體正激波。此時(shí)彈丸頭部區(qū)域壓力相當(dāng)高,造成彈體阻力增大,速度衰減加快。弧錐結(jié)合形藥型罩經(jīng)過爆炸成型后形成前折式尾翼對流經(jīng)彈體表面氣流起到進(jìn)一步的阻礙作用,在尾翼前端形成了氣體的滯止回流區(qū)。隨著偏心量的增大,EFP頭部和尾翼相對扭曲程度增大,彈丸飛行過程中所受氣動(dòng)阻力增加,EFP速度降迅速增大,彈丸的終點(diǎn)毀傷能力下降。

圖11 偏心起爆獲得EFP的飛行彈道流場分布Fig.11 The distribution of EFP flow field on flight trajectory

從彈丸尾翼流場分布情況可以看出,隨著偏心量增大,彈丸尾翼不對稱性增加:尾翼附近,氣體發(fā)生不對稱的分離流動(dòng),周圍流場分布特點(diǎn)由對稱性逐漸發(fā)生畸變,彈體壓心向彈體前部偏移;彈丸上下表面的壓強(qiáng)差增大,產(chǎn)生法向力,在彈體上形成一垂直彈軸的力矩,使彈丸在一定攻角范圍內(nèi)做無規(guī)則的俯仰運(yùn)動(dòng)更加劇烈,增加了彈體本身的不穩(wěn)定性,不利于彈體飛行。彈體尾部由于激波和回流區(qū)相互干擾以及尾翼結(jié)構(gòu)的不對稱性使彈尾流場分布不規(guī)則。當(dāng)偏心量逐漸增大時(shí),彈體尾翼流場分布逐漸由圓形向倒三角形變化,流場分布失去對稱性,彈丸運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定性增加。

尾翼彈丸在空氣中運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性可以用彈丸抵抗外界干擾以保持自身飛行穩(wěn)定的穩(wěn)定儲(chǔ)備量來衡量。為了定量的認(rèn)識(shí)偏心起爆對EFP飛行穩(wěn)定性的影響,引入穩(wěn)定儲(chǔ)備量B來表征不同相對偏心起爆量條件下,EFP在中間彈道飛行階段的穩(wěn)定性。穩(wěn)定儲(chǔ)備量B是指彈丸阻力中心與質(zhì)心位置的相對距離,即

對于尾翼彈丸,要保證其能夠在空氣中良好的穩(wěn)定飛行,其穩(wěn)定 儲(chǔ)備量B必須滿足:B>15%[9]。

圖12所示為不同偏心量條件下成型EFP的穩(wěn)定儲(chǔ)備量,從圖中可以看出0偏心量的彈丸具有相當(dāng)高的的穩(wěn)定儲(chǔ)備量,為30.29%;當(dāng)相對偏心量小于5%時(shí),彈丸的穩(wěn)定儲(chǔ)備量保持在20%以上,彈丸飛行過程中所受的穩(wěn)定力矩大于翻轉(zhuǎn)力矩,即彈丸在飛行過程中抵抗外界干擾能力較強(qiáng),能夠穩(wěn)定保持自身飛行穩(wěn)定。當(dāng)相對偏心量達(dá)到6.7%時(shí),彈丸穩(wěn)定儲(chǔ)量僅為13.71%,彈丸飛行過程中的質(zhì)心和壓心距離較小,飛行過程中抵抗外界干擾能力迅速降低,彈丸飛行過程中易受外界條件干擾而發(fā)生大幅度擺動(dòng)甚至翻轉(zhuǎn)。EFP在飛行過程中的攻角和擺動(dòng)角擺動(dòng)幅值較大而且擺動(dòng)收斂速度較小,彈丸攻角長久偏離平衡位置,速度降增大。

圖12 不同相對偏心量的彈丸的穩(wěn)定儲(chǔ)備量Fig.12 The stabilization storage of projectile with different relative initiation eccentricity

綜上所述,一方面偏心起爆使EFP獲得垂直于彈軸的橫向速度,影響彈道射偏量的大小,降低了對目標(biāo)的打擊精度;另一方面偏心起爆通過影響EFP對稱成型,改變彈丸在飛行過程中流場對稱性,使彈丸在飛行過程中的不穩(wěn)定性增加,彈丸速度降增大,減弱了EFP對終點(diǎn)目標(biāo)的毀傷效果。

4 結(jié) 論

本文中利用數(shù)值模擬分析不同起爆偏心量下成型EFP的空氣動(dòng)力學(xué)特性,得出如下結(jié)論:

(1)偏心起爆時(shí),爆轟波對藥型罩的不對稱壓垮導(dǎo)致 EFP頭部和尾翼對稱軸線相對偏斜,彈丸獲得垂直于彈軸的橫向速度。隨著偏心量的增大,EFP橫向速度效應(yīng)明顯,彈道射偏量增大,降低了對目標(biāo)的打擊精度。

(2)EFP飛行彈道實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明:相對偏心量小于3.3%時(shí),EFP 在網(wǎng)靶穿孔接近圓形,說明彈丸在此偏心量內(nèi)產(chǎn)生的不對稱變形對 EFP飛行穩(wěn)定基本不發(fā)生影響;相對偏心量位于3.3%~ 6.7%時(shí),彈丸不對稱變形 程度增大,彈體周圍流場 分布逐漸失去對稱性,當(dāng)相對偏心量達(dá)到 6.7% 時(shí), EFP在一路網(wǎng)靶上留下的穿孔接近彈丸縱向截面形狀,說明彈丸在飛行過程中發(fā)生較大幅值的擺動(dòng),彈丸速度衰減增大,降低了 EFP對目標(biāo)的終點(diǎn)毀傷能力。因此,EFP起爆的相對偏心量應(yīng)當(dāng)控制在3.3%以內(nèi)。

(3)利用偏心起爆條件下成型 EFP的空氣動(dòng)力學(xué)數(shù)值計(jì)算結(jié)果和飛行彈道試驗(yàn)結(jié)果有效分析了偏心起爆對EFP飛行彈道穩(wěn)定性的影響,為評價(jià)EFP飛行彈道的穩(wěn)定性提供了一種簡單有效的方法,研究結(jié)果為EFP戰(zhàn)斗部起爆參數(shù)設(shè)置以及對目標(biāo)的精確打擊提供有益參考。

[1]曹 兵 ,高 森 烈.偏 心 起 爆 對 EFP 成 形 形 態(tài) 影 響 的 實(shí) 驗(yàn) 研 究[J].彈 道 學(xué) 報(bào),1997,9(1):27-30. Cao Bing,Gao Sen-lie.The effect of eccentric initiation on explosive formed projectile shape[J].Journal of Ballistics,1997,9(1):27-30.

[2]Jach K,Mroczkowski M,Sarzynski A,et al.3D free particle computer modeling of explosive formation of projectiles[C]∥Proceedings of the 16th International Symposium on Ballistics.San Francisco,USA:International Ballistics Committee,1996:557-563.

[3]Brandeis D J.Effect of shape and asymmetry on the aerodynamic performance of explosively formed projectiles[C]∥Proceedings of the 13th International Symposium on Ballistics.Stockholm,Sweden:International Ballistics Committee,1992:137-144.

[4]Berner C,Fleck V.Pleat and asymmetry effects on the aerodynamics of explosively formed penetrators[C]∥Proceedings of the 18th International Symposium on Ballistics.San Antonio,USA:International Ballistics Committee, 1999:237-245.

[5]Rouge P,Weimann K.Consequences on EFP formation of an intentionally created default[C]∥Proceedings of the 10th International Symposium on Ballistics,International Ballistics Committee.San Diego,USA,1987:277-288.

[6]翁 佩 英,任 國 民,于 騏 .彈 藥 靶 場 試 驗(yàn)[M].北 京 :兵 器 工 業(yè) 出 版 社 ,1995:32-42.

[7]周 翔 .爆 炸 成 形 彈 丸 戰(zhàn) 斗 部 的 相 關(guān) 技 術(shù) 研 究[D].南 京:解 放 軍 理 工 大 學(xué),2006.

[8]劉 健 峰,龍 源,紀(jì) 沖,等.不 同 藥 型 罩 壁 厚 組 合 影 響 同 軸 EFP 成 型 規(guī) 律 研 究[J].工 程 爆 破,2012,18(4):9-13. Liu Jian-feng,Long Yuan,Ji Chong,et al.Influence of different wall-thickness of arc-cone liner in collinear EFP forming performance[J].Engineering Blasting,2012,18(4):9-13.

[9]魏 惠 之.彈 九 設(shè) 計(jì) 理 論[M].北 京:國 防 工 業(yè) 出 版 社,1985:80-82.

[10]Bender D,Chhouk B.Explosively formed penetrators(EFP)with canted fins[C]∥Proceedings of the 19th International Symposium on Ballistics.Interlaken,Switzerland:International Ballistics Committee,2001:755-762.

[11]趙 長嘯,龍?jiān)?,余道 強(qiáng),等.切 割 式 多 爆 炸 成 形 彈 丸 成 形 及 對 鋼 靶 的 穿 甲 效 應(yīng) [J].爆 炸 與 沖 擊,2013,33(2):186-193. Zhao Chang-xiao,Long Yuan,Yu Dao-qiang,et al.Formation of incised multiple explosively-formed projectiles and their armor-piercing effect against steel targe[J].Explosion and Shock Waves,2003,33(2):186-193.

[12]紀(jì) 沖,龍 源,余道強(qiáng) ,等 .切割 式雙模戰(zhàn)斗 部毀傷元成 型及侵徹鋼 靶特性研究[J].高壓物 理學(xué) 報(bào),2012,26(10):508-516. Ji Chong,Long Yuan,Yu Dao-qiang,et al.Experimental and numerical study on the formation and penetration properties of dual-mode warhead[J].Chinese Journal of High Pressure Physics,2012,26(10):508-516.

Effect of eccentric initiation on the flight characteristics and ballistic dispersion of EFP

Liu Jian-feng1,2,Long Yuan1,2,Ji Chong1,2,Zhao Chang-xiao3,Jiang Nan1
(1.College of Filed Engineering,PLA University of Science and Technology, Nanjing 210094,Jiangsu,China; 2.State key Laboratory of Explosion Science and Technology,Beijing Institute of Technology, Beijing 100081,China; 3.Wuhan Ordnance NCO Academy of PLA,Wuhan 430075,Hubei,China)

Flight trajectory experiments were conducted with?60 mm diameter EFP warhead in order to investigate the effect of eccentric initiation on the flight characteristics of EFP.The results indicate that the projectile flight stability with perforations nearly circular in the net target when eccentricity is less than 2 mm.The accuracy of strike is lower and terminal effects are less harmful because the projectile overturns during the flight,with the eccentric value of 4 mm.The forming of EFP and its flight characteristics with different eccentricity was numerically analyzed by using LS-DYNA and CFX.EFP is asymmetrical under the conditions of the eccentric initiation.It changes the symmetry of the flow field which leads to instability during flight.The research results provide a reference to detonation parameter of EFP warhead.

mechanics of explosion;asymmetrical;aerodynamic;exterior trajectory;eccentric initiation;projectile with stabilizing fins

O383;TJ410.33國標(biāo)學(xué)科代碼:13035

:A

10.11883/1001-1455-(2015)03-0335-08

(責(zé)任編輯 王易難)

2013-10-29;

2014-05-20

北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(KFJJ10-2 M)

劉健 峰(1988— ),男,博士研 究生,18260098162@163.com。