柱形壳体偏心起爆时破片飞散特性的研究

发布时间：2020-11-20 13:44

　　 柱形壳体内装药的杀伤破片战斗部仍然是打击空中目标最有效的战斗部之一,偏心起爆式破片战斗部是一种典型的定向战斗部,其将传统破片战斗部中中心轴线布置的起爆点偏置,通过这种偏心起爆方式改变了炸药能量的输出特性,从而增加特定方向上的破片初速和数量,实现对目标的高效毁伤。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法,针对钢制柱形壳体在不同偏心起爆条件下的初速周向、轴向分布特性、破片的轴向飞散偏转特性以及壳体动态破碎的环周分裂特性进行了研究。主要进行了以下几个方面的研究工作:首先,基于广义插值物质点法基本原理,推导了二维和三维条件下的控制方程和离散格式,给出了数值模拟中所涉及到的材料模型和相关的函数模型以及基于OpenMP的并行策略,并编写了相应的计算程序,进行了相应的调试工作。分别针对平面对称、轴对称和三维条件下的壳体的动态飞散问题进行了数值模拟计算,并通过数值模拟结果与理论和试验结果相互验证的方式,验证了物质点法程序计算柱形战斗部结构破片动态飞散问题的精度,讨论了该算法对此类问题的模拟具备良好的优势。第二,利用一维抛射理论得到了柱形壳体内爆炸条件下的壁面压力随时间变化的关系,在考虑爆轰波对密实介质斜冲击现象的基础上,推导了单点偏心起爆条件下、有限周向角内的破片初速计算的理论公式。利用数值模拟和格尼初速公式对理论公式进行了标定,进而利用该公式计算得到了单点偏心起爆条件下破片初速的最大增益系数与载荷系数的关系,并分析了单点偏心起爆条件下的破片沿周向的飞散特性。第三,利用爆轰波的碰撞叠加原理,对两点对称偏心起爆时的壳体驱动过程机理进行了研究,提出了两点对称偏心起爆时马赫波加载区域内的破片初速估算方法。然后,基于理论和数值模拟分析,提出了两点对称偏心起爆时破片初速的计算公式。该式考虑了起爆点之间的夹角和载荷系数的影响,实现了对整个周向范围内破片初速的预测。第四,基于破片的指数型加速模型,建立了壳体加速过程的特征加速时间的计算公式,该公式考虑了载荷系数、装药直径、起爆方式以及轴向稀疏波效应的影响。基于该式和Chou提出的破片飞散偏转的理论模型,建立了破片飞散偏转角的完整公式,实现了对柱形战斗部结构破片飞散偏转角的准确预测,并对中心起爆时破片初速的轴向分布公式进行了修正。此外,针对偏心单(两)点起爆和单(两)线起爆方式条件下的壳体初速分布特性进行了数值模拟研究,分析了二者之间的差异,并对本文建立的两点对称起爆时的初速工程公式在三维条件下的预测精度进行了讨论和分析。最后,利用破片的指数加速模型,提出了壳体的破裂半径和对应的应变率的估算方法,并利用圆环破碎的经典公式得到了壳体动态破碎环周分裂数和平均破片长度的计算公式。运用该公式对偏心起爆条件下的环周分裂数进行了理论计算,并将Stochastic随机破碎模型引入计算程序对其动态破碎进行了数值模拟研究,讨论和分析了偏心起爆时的壳体环周分裂特性。
【学位单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TJ410
【部分图文】：

它是一种典型的定向战斗部，通过对起爆方式的控制来调节爆轰波能量的输出特性，增加特定方向上的破片初速。因其结构简单、相对容易实现而引起了广泛的关注。图1.1所示的是偏心战斗部的原理图，其通过弹药制导引信对目标方位进行识别，然后起爆距目标较远的起爆装置，当战斗部偏心起爆后，将在目标方向上产生相对于其它方向上更大的破片初速，因此其破片沿周向呈现近似椭圆形的分布，如图1.2所示，其1

所示的是偏心战斗部的原理图，其通过弹药制导引信对目标方位进行识别，然后起爆距目标较远的起爆装置，当战斗部偏心起爆后，将在目标方向上产生相对于其它方向上更大的破片初速，因此其破片沿周向呈现近似椭圆形的分布，如图1.2所示，其1

的辅助节点，每一个时间步结束后，背景网格的变形将被抛弃重置，也就是说背景网格在整个运算过程中并不发生运动，类似于欧拉算法的固定网格。物质点法中一般采用结构化的规则网格，图2.1所示的是物质点法在二维条件下的离散示意图。在物质点法的计算过程中，通过质点与背景网格之间的信息来回映射，避免了欧拉法中的对流和拉格朗日算法中的网格畸变问题，成功的结合了这两种算法的优点，对于处理大变形问题有着天然的优势[131, 132]。图2.1物质点法离散示意图15
【参考文献】

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本文编号：2891499