兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (S1): 70-80.doi: 10.12382/bgxb.2024.0356
张琨1,2, 赵长啸1,*(), 韩彪2, 纪冲1, 张波2, 张凯凯2, 唐蓉2
收稿日期:
2024-02-27
上线日期:
2024-11-06
通讯作者:
基金资助:
ZHANG Kun1,2, ZHAO Changxiao1,*(), HAN Biao2, JI Chong1, ZHANG Bo2, ZHANG Kaikai2, TANG Rong2
Received:
2024-02-27
Online:
2024-11-06
摘要:
为探究多弹目交汇条件下多爆炸成形弹丸(Multiple Explosively Formed Projectiles,MEFP)协同冲击柱壳装药响应特性,在冲击起爆试验基础上,采用理论计算和数值仿真相结合的方式,开展不同密集度MEFP群束协同冲击柱壳装药的响应特性分析研究。实验结果表明:MEFP群束密集度λ及柱壳壁厚h均会对响应特性产生影响;当λ相同时起爆用时t随h增大而同步增加,3种壁厚起爆用时分别增大2.00、2.50、1.88倍,当λ为8和5.33时,起爆用时t随h呈线性增长规律;当h相同时起爆用时t随λ减小同步增加,4种密集度MEFP群束起爆用时分别增大2.66、3.60、3.25、2.50倍,且当柱壳壁厚h为13mm时起爆用时t随λ同样呈线性变化规律。MEFP群束对柱壳装药的协同增强作用在h为13mm时发生分化,当λ为16和8时,MEFP群束对目标的冲击起爆用时均早于任意单EFP作用,最多分别提前约41.22%、8.61%,协同增强作用明显;当λ为4时,MEFP群束对柱壳装药起爆能力逐渐与单EFP趋同,协同增强作用减弱。
中图分类号:
张琨, 赵长啸, 韩彪, 纪冲, 张波, 张凯凯, 唐蓉. 多弹丸协同冲击下柱壳装药响应特性数值模拟及试验[J]. 兵工学报, 2024, 45(S1): 70-80.
ZHANG Kun, ZHAO Changxiao, HAN Biao, JI Chong, ZHANG Bo, ZHANG Kaikai, TANG Rong. Numerical Simulation and Experimental Study on the Response Characteristics of Cylindrical Shell Charge under Collaborative Impact of Multiple Projectiles[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(S1): 70-80.
参数 | ρ/(g·cm-3) | D/(m·s-1) | PCJ/GPa | A | B | R1 | R2 | ω | V0 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
数值 | 1.7 | 8315 | 29.5 | 8.545 | 20.49×10-2 | 4.6 | 1.35 | 0.25 | 1.0 |
表1 8701炸药主要参数
Table 1 Main parameters of 8701 explosive
参数 | ρ/(g·cm-3) | D/(m·s-1) | PCJ/GPa | A | B | R1 | R2 | ω | V0 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
数值 | 1.7 | 8315 | 29.5 | 8.545 | 20.49×10-2 | 4.6 | 1.35 | 0.25 | 1.0 |
参数 | ρ/(g·cm-3) | G/GPa | A1 | B1 | C | m | Tm/K | Tr/K | Cv |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
高导无氧铜 | 8.968 | 46 | 0.9×10-3 | 2.92×10-3 | 0.025 | 1.09 | 1356 | 300.15 | 2.83×10-6 |
6063铝合金 | 2.7 | 27.6 | 2.65×10-3 | 4.26×10-3 | 0.015 | 1.09 | 775 | 294 | 8.75×10-6 |
表2 高导无氧铜和6063铝合金主要参数
Table 2 Main parameters of high conductivity oxygen free copper and 6063 aluminum alloy
参数 | ρ/(g·cm-3) | G/GPa | A1 | B1 | C | m | Tm/K | Tr/K | Cv |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
高导无氧铜 | 8.968 | 46 | 0.9×10-3 | 2.92×10-3 | 0.025 | 1.09 | 1356 | 300.15 | 2.83×10-6 |
6063铝合金 | 2.7 | 27.6 | 2.65×10-3 | 4.26×10-3 | 0.015 | 1.09 | 775 | 294 | 8.75×10-6 |
参数 | ρ/(g·cm3) | E/GPa | μ | σs/GPa | Et/MPa | εs |
---|---|---|---|---|---|---|
数值 | 7.83 | 207 | 0.3 | 0.005 | 207 | 0.47 |
表3 45号钢主要参数
Table 3 Main parameters of 45# steel
参数 | ρ/(g·cm3) | E/GPa | μ | σs/GPa | Et/MPa | εs |
---|---|---|---|---|---|---|
数值 | 7.83 | 207 | 0.3 | 0.005 | 207 | 0.47 |
参数 | ρ/(g·cm-3) | D/(m·s-1) | PCJ/GPa | A | B | R1 | R2 | ω | T0/K |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
数值 | 1.65 | 6930 | 18 | 171.01 | -0.03745 | 9.8 | 0.98 | 0.3 | 298 |
表4 TNT点火增长模型主要参数
Table 4 Main parameters of TNT ignition growth model
参数 | ρ/(g·cm-3) | D/(m·s-1) | PCJ/GPa | A | B | R1 | R2 | ω | T0/K |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
数值 | 1.65 | 6930 | 18 | 171.01 | -0.03745 | 9.8 | 0.98 | 0.3 | 298 |
λ | h/mm | ||
---|---|---|---|
11 | 12 | 13 | |
16 | 1-1' | 1-2' | 1-3' |
8 | 2-1' | 2-2' | 2-3' |
5.33 | 3-1' | 3-2' | 3-3' |
4 | 4-1' | 4-2' | 4-3' |
表5 计算工况设定
Table 5 Calculation condition setting
λ | h/mm | ||
---|---|---|---|
11 | 12 | 13 | |
16 | 1-1' | 1-2' | 1-3' |
8 | 2-1' | 2-2' | 2-3' |
5.33 | 3-1' | 3-2' | 3-3' |
4 | 4-1' | 4-2' | 4-3' |
d/mm | 2 | 4 | 6 | 8 |
---|---|---|---|---|
θ1/(°) | 18°39' | 19°52' | 21°6' | 22°20' |
θ2/(°) | 9°12' | 9°47' | 10°22' | 10°57' |
θa/(°) | 37°18' | 39°44' | 42°12' | 44°40' |
表6 4种组合式MEFP各角度分布
Table 6 Angular distributions of four combined MEFPs
d/mm | 2 | 4 | 6 | 8 |
---|---|---|---|---|
θ1/(°) | 18°39' | 19°52' | 21°6' | 22°20' |
θ2/(°) | 9°12' | 9°47' | 10°22' | 10°57' |
θa/(°) | 37°18' | 39°44' | 42°12' | 44°40' |
参量 | m0/ g | m1/ g | v0/ (m·s-1) | v1/ (m·s-1) | |
---|---|---|---|---|---|
中心弹丸 | 11.44 | 4.36 | 1773 | 965 | |
1-3' | 1号周边弹丸 | 11.48 | 4.27 | 1758 | 940 |
2号周边弹丸 | 11.48 | 4.13 | 1758 | 953 | |
中心弹丸 | 11.52 | 4.22 | 1744 | 937 | |
2-3' | 1号周边弹丸 | 11.52 | 4.23 | 1742 | 923 |
2号周边弹丸 | 11.52 | 4.21 | 1742 | 915 | |
中心弹丸 | 11.52 | 4.22 | 1741 | 935 | |
3-3' | 1号周边弹丸 | 11.46 | 4.17 | 1741 | 920 |
2号周边弹丸 | 11.46 | 4.15 | 1741 | 918 | |
中心弹丸 | 11.52 | 4.21 | 1742 | 917 | |
4-3' | 1号周边弹丸 | 11.4 | 4.11 | 1741 | 922 |
2号周边弹丸 | 11.4 | 4.12 | 1741 | 924 |
表7 各工况MEFP侵彻13mm厚柱壳前及穿透壳体后参数
Table 7 Comparison of parameter changes before and after MEFP penetrates a 13mm-thick cylindrical shell
参量 | m0/ g | m1/ g | v0/ (m·s-1) | v1/ (m·s-1) | |
---|---|---|---|---|---|
中心弹丸 | 11.44 | 4.36 | 1773 | 965 | |
1-3' | 1号周边弹丸 | 11.48 | 4.27 | 1758 | 940 |
2号周边弹丸 | 11.48 | 4.13 | 1758 | 953 | |
中心弹丸 | 11.52 | 4.22 | 1744 | 937 | |
2-3' | 1号周边弹丸 | 11.52 | 4.23 | 1742 | 923 |
2号周边弹丸 | 11.52 | 4.21 | 1742 | 915 | |
中心弹丸 | 11.52 | 4.22 | 1741 | 935 | |
3-3' | 1号周边弹丸 | 11.46 | 4.17 | 1741 | 920 |
2号周边弹丸 | 11.46 | 4.15 | 1741 | 918 | |
中心弹丸 | 11.52 | 4.21 | 1742 | 917 | |
4-3' | 1号周边弹丸 | 11.4 | 4.11 | 1741 | 922 |
2号周边弹丸 | 11.4 | 4.12 | 1741 | 924 |
图7 4种计算工况下各弹丸冲击作用13mm厚柱壳装药时炸药内部最大压力变化曲线
Fig.7 Variation curves of maximum pressure inside the explosive during impact on a 13mm-thick cylindrical shell charge
d/mm | 作用弹丸 | h=11mm | h=12mm | h=13mm | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
毁伤状态 | 起爆机制 | 毁伤状态 | 起爆机制 | 毁伤状态 | 起爆机制 | ||
所有弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | |
2 | 中心弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 |
1号周边弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | 未起爆 | · | |
2号周边弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | |
所有弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | |
4 | 中心弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 |
1号周边弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | 未起爆 | · | |
2号周边弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | |
所有弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | |
6 | 中心弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | 起爆 | 剪切引爆 |
1号周边弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | 未起爆 | · | |
2号周边弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | |
所有弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | |
8 | 中心弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | 起爆 | 剪切引爆 |
1号周边弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | 未起爆 | · | |
2号周边弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | 起爆 | 剪切引爆 |
表8 不同工况对不同厚度45号钢柱壳装药的冲击毁伤结果
Table 8 Impact damage results of 45# steel cylindrical shells with different thicknesses under different working conditions
d/mm | 作用弹丸 | h=11mm | h=12mm | h=13mm | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
毁伤状态 | 起爆机制 | 毁伤状态 | 起爆机制 | 毁伤状态 | 起爆机制 | ||
所有弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | |
2 | 中心弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 |
1号周边弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | 未起爆 | · | |
2号周边弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | |
所有弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | |
4 | 中心弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 |
1号周边弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | 未起爆 | · | |
2号周边弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | |
所有弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | |
6 | 中心弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | 起爆 | 剪切引爆 |
1号周边弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | 未起爆 | · | |
2号周边弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | |
所有弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | |
8 | 中心弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | 起爆 | 剪切引爆 |
1号周边弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | 未起爆 | · | |
2号周边弹丸 | 起爆 | 冲击引爆 | 起爆 | 剪切引爆 | 起爆 | 剪切引爆 |
图8 工况1-3'中心弹丸与MEFP群束冲击13mm厚柱壳装药及起爆被发装药过程
Fig.8 Processes of central projectile and MEFP impacting 13mm-thick cylindrical shell charge and initiatiing a charge under Condition 1-3'
图9 冲击3种壁厚柱壳装药时炸药内部最大压力变化曲线
Fig.9 Variation curves of maximum pressure inside the explosive when impacting 3 cylindrical shell charges with different wall thicknesses
λ | h/mm | ||
---|---|---|---|
11 | 12 | 13 | |
16 | 3 | 3.6 | 8 |
8 | 3 | 6.5 | 10.8 |
5.33 | 4 | 9 | 13 |
4 | 6 | 9 | 15 |
表9 4种密集度弹丸群束对3种厚度柱壳 装药冲击起爆用时
Table 9 Impact initiation times of four projectiles on 3 cylindrical shell charges with different wall thicknesses μs
λ | h/mm | ||
---|---|---|---|
11 | 12 | 13 | |
16 | 3 | 3.6 | 8 |
8 | 3 | 6.5 | 10.8 |
5.33 | 4 | 9 | 13 |
4 | 6 | 9 | 15 |
图10 各工况MEFP群束冲击起爆3种壁厚柱壳装药用时曲面图
Fig.10 Curved surface diagram of 3 types of cylindrical shells with different wall thicknesses during MEFPs impact detonation under various working conditions
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