多点起爆方式作用机理及其在战斗部中的应用研究

发布时间：2020-09-12 09:40

　　本文以多点起爆方式为研究对象,提高战斗部的高效毁伤效应为目的,采用理论分析、数值模拟和试验相结合的方法研究了爆轰波碰撞后压力和波形的变化,分析了关键起爆参数间的相互依赖又相互制约的关系,设计了一聚能成型装药用刚性多点同步起爆装置,最后给出了多点起爆方式在爆炸成型弹丸战斗部以及偏心起爆式定向战斗部中应用研究。结果表明:多点起爆方式作为一种起爆手段可以有效提高战斗部的毁伤能力,是战斗部高效毁伤领域重要的研究方向。本文主要研究内容和结果如下:(1)研究了多点起爆方式下爆轰波相互作用过程,建立了圆柱形装药环形多点起爆爆轰模型,该模型可以计算多点起爆方式下爆轰波阵面压力大小、压力在药型罩上的分布以及喇叭形爆轰波波形差等。分析了多点起爆方式在爆轰压力和波形上的优势。(2)着眼于多点起爆方式的应用,设计出一个刚性八点同步起爆网络,采用纳米颗粒传爆药,颗粒直径约40nm～60nm,呈球形、类球形状,提高了多点同步起爆网络的起爆精度。研究了起爆网络的刻槽宽度d、基板厚度H对起爆网络的影响,得到了两个关键参数的合理取值范围并验证了起爆网络的起爆威力。结合理论和试验方法分析了该起爆网络的同步性精度在200ns内,可以满足较大口径聚能成型装药战斗部使用要求。(3)提出起爆半径、起爆点数和起爆精度是多点起爆方式在战斗部中应用的最关键的三个参数,分析了三者相互联系又相互制约的关系。以多点起爆方式的应用为目标,基于聚能成型装药杆式射流战斗部结构,数值模拟了装药口径与起爆半径的对应关系、装药口径与起爆点数的对应关系、装药口径与起爆精度的对应关系,得出了关于装药口径、起爆半径、起爆点数和起爆精度的一系列量化关系,为多点起爆方式的应用问题打下坚实的基础。(4)将多点起爆方式应用于爆炸成型弹丸(EFP)的成型。根据环形多点爆轰模型压力大小和分布情况,分析了喇叭形爆轰波对药型罩压垮速度及压垮角的影响,得出多点起爆方式对爆炸成型弹丸的成型性能的提升有很大的潜力。优化起爆方式、装药结构以及药型罩结构三方面,着重优化起爆半径r、药型罩外弧度半径R2、药型罩切边角a、装药长径比H/Dk四个结构参数,提高了EFP的性能。得到了优化的EFP结构,结构参数为:r=20mm、R2=50mm、α=55°、H/Dk=0.8,较端面中心点起爆方式侵彻深度增加了74.3%,明显提高了EFP的侵彻能力。(5)将多点起爆方式应用于偏心起爆式定向战斗部。提出爆轰波碰撞形成马赫反射是引起破片速度增益的主要原因,通过简化Whitham方法、结合Gurney速度公式得出定向战斗部定向区破片初速的计算方法以及定向区间的计算方法,较中心单点起爆式战斗部,定向区破片初速增益约34%,定向区大小约30°,为多点起爆方式在定向战斗部的研究提供理论支持。分析起爆点位置对定向区的影响以及起爆点数对破片速度的影响,得到了合理的起爆点位置和起爆点数选择标准。研究结果表明多点起爆方式也明显提升了定向战斗部的毁伤能力。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TJ410.33
【部分图文】：

模型图,爆轰波,模型,波阵面

常用的Ｃ－Ｊ理论。Ｃ－Ｊ理论是在研究气态爆炸物爆轰过程是一维的，波阵面处理为一个间断面，冲击波守恒定律依赖于化学反应程度的状态方程，化学反应可以看作相的，即反应是瞬时的，如同在冲击波理论中那样，爆轰速守恒定律就能给出反应产物的状态方程即波阵面后的终的粗糙的热力学函数值，也能预言气体中的爆速，其精。但是对压力和密度的测算存在不少的偏差，尽管如此，比简单理论假定的更复杂，第一个标志是自Ｃａｍｐｂｅｌｌ来，在某些爆轰混合物中，他们的扫描相片显示了一些，这种波阵面最可能的解释是它包含了一些氋于平均温度些区域绕管轴旋转。排除了简单理论的特殊假设和不严被Ｚｅｌｄｏｖｉｃｈ［４７］邋（１９４１年苏联）、Ｖｏｎ邋Ｎｅｕｍａｎｎ［４８］邋（１９４２年德国）分别独立获得，称为爆轰的ＺＮＤ模型，如图１轰波理论的研宄最基础的理论模型。逡逑ｙ邋Ｐ邋Ｎ逡逑

爆轰,球形,装药直径

当药柱长度大于某一极限长度＆时，波面的曲率半径Ｗ趋近于一个恒定的值尺？。逡逑例如：直径ｉ／＝７５ｍｍ、／？0＝０．９ｇ．ｃｒｒｆ３的ＴＮＴ药柱，当／／ｉｏｆ＝３．２时，波形的曲率半径就己达逡逑到了最大的值，而当／以继续增加，波形的曲率半径仍为可见，对于点引爆的逡逑均质圆柱形药柱，其波形可以用如下的公式描述［５４］：逡逑当／＜及？，时，尺＝／逡逑当心心时，／？＝心＝常数逦（Ｕ）逡逑研宄表明，对于大多数凝聚炸药，爆轰波的最大曲率半径一般为装药直径ｄ的２？逡逑３．５倍。实验研宄还发现，波形的最大曲率半径与装药直径的比值是随装药直径的逡逑变化而变化的。当装药直径趋近于临界直径时，该比值便接近于０．５。而当装药直径增逡逑大时，该比值随之增大。当装药直径为无限大时，则曲率半径；＾也趋于无限大。逡逑爆轰波形的控制具有重要的实际意义。在聚能破甲弹装药中通过调节爆轰波形，使逡逑其接近于同时到达聚能金属罩表面，可使得破甲威力提高；在杀伤战斗部传爆系列设计逡逑中，需要获得一个有利的爆轰波形，以将杀伤破片的飞散方向控制在所要求的角度之内，逡逑从而保证该飞散角度内有足够的有效破片密度且一定程度提高破片速度；核武器引爆系逡逑一，

扩展规律,药柱,中波,圆柱形

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