活性复合罩聚能装药侵彻增强行为
发布时间：2021-02-04 14:55
为解决传统高聚物基活性罩聚能装药侵彻深度严重不足这一瓶颈性问题,提出了一种活性-铜复合罩聚能装药结构,并采用数值模拟和实验相结合的方法,研究了活性-铜罩射流成形及侵彻钢靶增强行为.仿真表明,内层铜罩主要形成高速前驱射流首先侵彻钢靶,活性材料外罩大部分形成杵体且可以随进侵孔内部.实验结果表明,与传统单一活性射流相比,活性-铜射流对钢靶造成的侵深更大,且侵彻性能与进入侵孔内的活性材料质量显著受炸高影响.实验与仿真对比表明,活性材料的爆燃反应会导致侵彻过程提前终止,可能的机理是其化学反应在侵孔内会形成超压,造成铜射流严重失稳,致使剩余射流无法再继续侵彻.
【文章来源】：北京理工大学学报. 2020,40(12)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同炸高下活性-铜罩聚能装药侵彻钢靶实验图片
从图6可以看出,随着炸高增加,侵彻深度先增加后减小,在炸高为2.5 CD时侵彻深度最大. 从机理上分析,随炸高增加,一方面射流得到有效拉伸,有利于提高侵深;另一方面,炸高过大时,伸长后的射流会发生缩颈或断裂现象,导致射流稳定性降低,从而会降低侵彻深度. 与此同时,炸高越大,射流头部碰靶需要的时间越长,而活性材料弛豫时间是一定的,从而造成相应的侵彻时间就越短,这也不利于射流侵彻. 从图6还可以看出,当炸高从0.5 CD增加到3.0 CD时,进入侵孔内的活性材料质量逐渐减少,尤其是炸高为3.0 CD时,很大一部分活性材料都还没有进入侵孔内,这十分不利于活性材料爆燃反应对目标内部的毁伤增强效应. 综上所述,活性-铜复合药型罩聚能装药在1.0～1.5 CD炸高下,能够充分发挥射流动能与化学能的联合侵爆作用,保证在穿透目标防护靶板的同时让更多的活性材料进入目标内部,从而实现对目标毁伤增强.另外,从活性-铜射流对钢靶的入孔直径来看,炸高对第一块钢靶的入孔孔径影响较小,平均入孔直径约为0.53 CD,这比文献[9]锥角为60°的单一铜射流的开孔直径(0.39 CD)增大约35.9%,比铝-铜射流的平均开孔孔径(0.44 CD)增大约20.5%;而比文献[11]锥角为55°的单一铜射流的开孔直径(0.35 CD)增大约51.4%;与本文数值模拟开孔直径的平均值0.46 CD相比,实验增大了约15.2%. 由此可以说明,当药型罩锥角相同时,活性-铜射流较之单一铜射流,开孔直径有大幅提高,同时活性材料的爆燃反应会造成钢靶的二次扩孔,尤其是在低炸高时这种爆燃扩孔效应会显著增强. 这主要是因为,低炸高时,进入侵孔内的活性材料质量增多,导致爆燃反应产生更大的内爆压力,增强对钢靶的二次扩孔效应.
活性材料的反应弛豫时间不仅受活性材料配方和材料组分粒径的影响,还跟撞击压力或爆轰动态载荷成一定的反比关系[12],然而,对于给定的活性复合罩聚能装药结构,活性材料的反应弛豫时间为定值. 本实验条件下,通过数值模拟和实验结果对比,得到如图7所示的不同炸高下侵彻深度与侵彻时间的关系曲线,其中τ指活性材料的反应弛豫时间. 根据上文所述,这种结构活性材料药型罩,它的反应弛豫时间约为140.5 μs,但是也可以看到当炸高为1.0 CD与2.5 CD时,实验与数值模拟计算的值偏差比较大,这除了实验本身的误差外,主要是因为:低炸高时,活性材料碰靶的速度较大,同时活性材料碰靶的时间较早,活性材料与靶板的二次高速碰撞会加速聚合物PTFE的分解反应,及其与微米Al颗粒的氧化还原反应,从而导致活性材料的反应弛豫时间减小,故1.0 CD时实验值比计算值要小一些,反之,炸高2.5 CD时实验值比计算值大一些.从图7中还可以看出,如果仅从侵彻深度考虑的话,活性材料反应弛豫时间对有利炸高还有影响,若弛豫时间为100 μs左右,则炸高为2.0 CD时侵彻深度最大. 这主要是因为:一方面,炸高越大,射流长径比越大,越有利于侵彻;另一方面,大的炸高下,形成射流所用的时间较长,故射流侵彻靶板的时间减小,从而导致侵彻深度降低. 若弛豫时间大于120 μs,则活性-铜射流对钢靶的最大侵彻深度出现在炸高为2.5 CD,这是因为弛豫时间较大时,射流侵彻靶板的时间比较充裕,射流长径比较大的优势就凸显出来了. 由此可见,对于活性材料所制成的复合药型罩聚能装药,首先得从材料配方及聚能装药结构方面实现对反应弛豫时间的控制,还需综合考虑弹靶作用条件,从而充分利用金属射流的动能和活性材料的化学能,提高对目标的毁伤效应.
本文编号：3018497
【文章来源】：北京理工大学学报. 2020,40(12)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同炸高下活性-铜罩聚能装药侵彻钢靶实验图片
从图6可以看出,随着炸高增加,侵彻深度先增加后减小,在炸高为2.5 CD时侵彻深度最大. 从机理上分析,随炸高增加,一方面射流得到有效拉伸,有利于提高侵深;另一方面,炸高过大时,伸长后的射流会发生缩颈或断裂现象,导致射流稳定性降低,从而会降低侵彻深度. 与此同时,炸高越大,射流头部碰靶需要的时间越长,而活性材料弛豫时间是一定的,从而造成相应的侵彻时间就越短,这也不利于射流侵彻. 从图6还可以看出,当炸高从0.5 CD增加到3.0 CD时,进入侵孔内的活性材料质量逐渐减少,尤其是炸高为3.0 CD时,很大一部分活性材料都还没有进入侵孔内,这十分不利于活性材料爆燃反应对目标内部的毁伤增强效应. 综上所述,活性-铜复合药型罩聚能装药在1.0～1.5 CD炸高下,能够充分发挥射流动能与化学能的联合侵爆作用,保证在穿透目标防护靶板的同时让更多的活性材料进入目标内部,从而实现对目标毁伤增强.另外,从活性-铜射流对钢靶的入孔直径来看,炸高对第一块钢靶的入孔孔径影响较小,平均入孔直径约为0.53 CD,这比文献[9]锥角为60°的单一铜射流的开孔直径(0.39 CD)增大约35.9%,比铝-铜射流的平均开孔孔径(0.44 CD)增大约20.5%;而比文献[11]锥角为55°的单一铜射流的开孔直径(0.35 CD)增大约51.4%;与本文数值模拟开孔直径的平均值0.46 CD相比,实验增大了约15.2%. 由此可以说明,当药型罩锥角相同时,活性-铜射流较之单一铜射流,开孔直径有大幅提高,同时活性材料的爆燃反应会造成钢靶的二次扩孔,尤其是在低炸高时这种爆燃扩孔效应会显著增强. 这主要是因为,低炸高时,进入侵孔内的活性材料质量增多,导致爆燃反应产生更大的内爆压力,增强对钢靶的二次扩孔效应.
活性材料的反应弛豫时间不仅受活性材料配方和材料组分粒径的影响,还跟撞击压力或爆轰动态载荷成一定的反比关系[12],然而,对于给定的活性复合罩聚能装药结构,活性材料的反应弛豫时间为定值. 本实验条件下,通过数值模拟和实验结果对比,得到如图7所示的不同炸高下侵彻深度与侵彻时间的关系曲线,其中τ指活性材料的反应弛豫时间. 根据上文所述,这种结构活性材料药型罩,它的反应弛豫时间约为140.5 μs,但是也可以看到当炸高为1.0 CD与2.5 CD时,实验与数值模拟计算的值偏差比较大,这除了实验本身的误差外,主要是因为:低炸高时,活性材料碰靶的速度较大,同时活性材料碰靶的时间较早,活性材料与靶板的二次高速碰撞会加速聚合物PTFE的分解反应,及其与微米Al颗粒的氧化还原反应,从而导致活性材料的反应弛豫时间减小,故1.0 CD时实验值比计算值要小一些,反之,炸高2.5 CD时实验值比计算值大一些.从图7中还可以看出,如果仅从侵彻深度考虑的话,活性材料反应弛豫时间对有利炸高还有影响,若弛豫时间为100 μs左右,则炸高为2.0 CD时侵彻深度最大. 这主要是因为:一方面,炸高越大,射流长径比越大,越有利于侵彻;另一方面,大的炸高下,形成射流所用的时间较长,故射流侵彻靶板的时间减小,从而导致侵彻深度降低. 若弛豫时间大于120 μs,则活性-铜射流对钢靶的最大侵彻深度出现在炸高为2.5 CD,这是因为弛豫时间较大时,射流侵彻靶板的时间比较充裕,射流长径比较大的优势就凸显出来了. 由此可见,对于活性材料所制成的复合药型罩聚能装药,首先得从材料配方及聚能装药结构方面实现对反应弛豫时间的控制,还需综合考虑弹靶作用条件,从而充分利用金属射流的动能和活性材料的化学能,提高对目标的毁伤效应.
本文编号：3018497
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