带壳装药的破片撞击和冲击波感度研究
发布时间：2021-03-18 10:26
本文以弹药不敏感技术为背景,主要研究了带壳装药在破片撞击和冲击波作用下的响应过程,并基于此提出降低带壳装药敏感性的途径及设计准则。以撞击动力学理论为基础,分析了破片撞击带壳装药的过程,并建立了简化模型,将战斗部简化为带壳装药,对简化模型进行了理论分析计算,利用Autodyn软件对破片撞击带壳装药过程进行了数值模拟,分析了带壳装药在破片作用下的起爆机制,着重利用“升降法”研究了破片撞击起爆8种单层壳体材质在不同厚度下的临界起爆速度,基于Jacobs判据对不同壳体的临界起爆速度进行了拟合,结合理论与数值模拟结果,筛选出抗破片冲击起爆能力显著的壳体,应用阻抗匹配进行不同材质的复合带壳装药在各层等厚度情况下的数值模拟,基于阻抗匹配较优的复合带壳装药进行变壁厚条件下的仿真计算,分析各介质接触面的压力、输入炸药的初始压力、输入炸药的能量、能量分配为设计不敏感战斗部结构提供了途径。以一维平面冲击波理论为基础,通过理论计算和数值模拟,分析了8种不同材料的单层壳体结构与主发炸药直接接触起爆条件下爆炸冲击波在炸药-壳体分界面处的初始参量,爆炸冲击波在各材料中的衰减特性以及透射冲击波强度。筛选出对冲击波削弱...
【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
企业号（CVAN-65）航母事故场景Fig.1.1Accidentsceneofussenterprise
沈阳理工大学硕士学位论文-2-拉克战争中，弹药殉爆而使坦克炮塔被掀飞的场面屡屡皆是[3]。图1.1企业号（CVAN-65）航母事故场景图1.2舰艇爆炸毁伤图Fig.1.1AccidentsceneofussenterpriseFig.1.2Vesselexplosiondamage从历史上一系列弹药意外爆炸事故的经验教训中，世界各国逐渐认识到了弹药不敏感性的重要性，此后，研究不敏感弹药的特性被提上发展的日程，形成了比较完整的非核弹药安全性试验考核标准体系。为实现弹药的不敏感化，应深入分析影响弹药安全性和可靠性的因素，而高速破片和冲击波作为一种在战场环境中常见的外部刺激，已成为不可忽视的外界因素。高速破片作用在弹药上，侵彻弹药壳体，继而引燃、引爆弹药；弹药受到高速冲击或其邻近的弹药发生爆轰时，在强烈的冲击波作用下，冲击波的能量可使弹药战斗部的装药产生热点效应，从而激发爆轰反应，进而导致弹药的爆轰，即SDT过程[3]。因此，研究弹药的战斗部在冲击波和破片撞击下的响应，并在此基础上提出新的抗冲击波和撞击性能良好的战斗部结构就显得极其重要。1.1.2课题研究意义大力优先发展不敏感弹药对提高武器弹药使用的安全性有着重要的意义。首先，弹药的稳定性得到保证后会有效减少由于外界刺激引起事故的概率，从而提高如坦克、航母等高价值目标的生存能力。其次，由于弹药稳定性的提高使其对运输、储存环境的要求也相对降低，后勤保障的压力也大大减轻。从其应用前景方面来看，不敏感战斗部结构可以用于多种武器系统。如抗高冲击、高过载的钻地弹战斗部防护结构的设计；由于优化之后的带壳装药结构具有较好的抗冲击波能力，可为开展新型复合结构材料、同口径串联以及多束并联等灵巧弹药中的隔爆结构设计提供依据[3]。
沈阳理工大学硕士学位论文-6-等[47]指出分层材料组合结构能够较好地削弱爆炸冲击波，H.R.Janies[24]对冲击起爆判据式进行了两次修正，使得判据E=puτ适用于飞片、柱状破片冲击起爆及较高压力范围和更多炸药形式。H.S.Yadav等[48]、MikeBowden等[49]研究了炸药产生的爆轰波在高压条件下对可压缩壁面存在非正规马赫反射。DonaldR.Curran[50]通过测量2024铝飞片撞击不同厚度靶自由面的质点速度，分析了质点的运动方向，获得了固体材料在冲击载荷作用下的响应规律。V.N.Kondtiev[51]基于一维定常爆轰波的CJ理论对爆炸冲击波在铜、铝中的耗散规律进行了研究。1.2.3不敏感战斗部及钝感炸药国内外发展随着弹药在服役期间的生存能力、炸药安全性和适用性问题的提出，北约钝感弹药信息中心（NIMIC）于1988年在美国成立。北约对常规导弹弹药寿命周期中可能遇到的各种威胁进行分析，并将其概括归纳为安全跌落、碎片撞击、子弹撞击、快速烤燃、慢速烤燃、射流冲击、殉爆7种主要模式，最终形成了钝感弹药评估和试验方法标准体系如图1.3所示。图1.3北约弹药安全性试验标准体系框架图Fig.1.3NATOammunitionsafetytestingstandardssystemframe在不敏感战斗部方面，目前公开的不敏感弹药较少，比较典型的为不敏感曳光榴弹IMHE-T由挪威弹药公司与美国通用动力公司武器与战术系统分部合作，该弹装填BAE公司的OSX-8熔铸高能炸药，把原有的120毫米触发性榴弹改进成一种完全符合不敏感弹药要求的榴弹，其内部结构图如图1.4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速破片撞击下带壳装药响应及防护的试验研究[J]. 屈可朋,赵志江,沈飞,王辉,肖玮,李亮亮,张帆. 火炸药学报. 2019(02)
[2]垫层对破片冲击起爆带壳炸药影响的数值模拟[J]. 张涛,刘雨生,高志鹏,杨佳,刘艺,谷岩. 爆炸与冲击. 2018(06)
[3]钨球对柱面带壳装药的冲击起爆数值模拟研究[J]. 王昕,蒋建伟,王树有,李梅. 兵工学报. 2017(08)
[4]破片对复合壳体装药冲击起爆判据的研究[J]. 路迎,王芳,卞晓兵,黄广炎,冯顺山. 兵工学报. 2017(S1)
[5]北约不敏感弹药标准试验方法[J]. 殷瑱,闻泉,王雨时,张志彪,闫丽. 兵器装备工程学报. 2016(10)
[6]破片冲击引爆带金属壳体屏蔽炸药临界条件研究[J]. 熊冉,李孝玉,魏晗. 爆破. 2015(04)
[7]碎片冲击起爆带壳装药的数值模拟[J]. 周双,陈利,张庆明. 兵工学报. 2015(S1)
[8]冲击波在泡沫铝复合结构中的衰减特性理论分析[J]. 钟云岭,郭香华,张庆明. 兵工学报. 2014(S2)
[9]多层介质阻抗匹配对隔爆效果的影响[J]. 陈闯,王晓鸣,李文彬,贾方秀,殷婷婷. 振动与冲击. 2014(17)
[10]预制破片对屏蔽炸药冲击引爆研究[J]. 童宗保,王金相,彭楚才,谢君,周楠. 科学技术与工程. 2014(07)
硕士论文
[1]小型撞击块冲击ERA失效响应条件研究[D]. 赵春龙.中北大学 2016
[2]破片撞击起爆战斗部影响因素及判据研究[D]. 濮赞泉.南京理工大学 2016
[3]战斗部抗破片冲击引爆感度评价方法与实验研究[D]. 李德贵.北京理工大学 2016
[4]低密度射流对带壳装药冲击起爆的研究[D]. 董方栋.中北大学 2014
[5]战斗部在冲击波作用下的响应研究[D]. 程波.南京理工大学 2014
[6]含能破片对模拟战斗部的引爆机理研究[D]. 李旭锋.南京理工大学 2006
本文编号：3088173
【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
企业号（CVAN-65）航母事故场景Fig.1.1Accidentsceneofussenterprise
沈阳理工大学硕士学位论文-2-拉克战争中，弹药殉爆而使坦克炮塔被掀飞的场面屡屡皆是[3]。图1.1企业号（CVAN-65）航母事故场景图1.2舰艇爆炸毁伤图Fig.1.1AccidentsceneofussenterpriseFig.1.2Vesselexplosiondamage从历史上一系列弹药意外爆炸事故的经验教训中，世界各国逐渐认识到了弹药不敏感性的重要性，此后，研究不敏感弹药的特性被提上发展的日程，形成了比较完整的非核弹药安全性试验考核标准体系。为实现弹药的不敏感化，应深入分析影响弹药安全性和可靠性的因素，而高速破片和冲击波作为一种在战场环境中常见的外部刺激，已成为不可忽视的外界因素。高速破片作用在弹药上，侵彻弹药壳体，继而引燃、引爆弹药；弹药受到高速冲击或其邻近的弹药发生爆轰时，在强烈的冲击波作用下，冲击波的能量可使弹药战斗部的装药产生热点效应，从而激发爆轰反应，进而导致弹药的爆轰，即SDT过程[3]。因此，研究弹药的战斗部在冲击波和破片撞击下的响应，并在此基础上提出新的抗冲击波和撞击性能良好的战斗部结构就显得极其重要。1.1.2课题研究意义大力优先发展不敏感弹药对提高武器弹药使用的安全性有着重要的意义。首先，弹药的稳定性得到保证后会有效减少由于外界刺激引起事故的概率，从而提高如坦克、航母等高价值目标的生存能力。其次，由于弹药稳定性的提高使其对运输、储存环境的要求也相对降低，后勤保障的压力也大大减轻。从其应用前景方面来看，不敏感战斗部结构可以用于多种武器系统。如抗高冲击、高过载的钻地弹战斗部防护结构的设计；由于优化之后的带壳装药结构具有较好的抗冲击波能力，可为开展新型复合结构材料、同口径串联以及多束并联等灵巧弹药中的隔爆结构设计提供依据[3]。
沈阳理工大学硕士学位论文-6-等[47]指出分层材料组合结构能够较好地削弱爆炸冲击波，H.R.Janies[24]对冲击起爆判据式进行了两次修正，使得判据E=puτ适用于飞片、柱状破片冲击起爆及较高压力范围和更多炸药形式。H.S.Yadav等[48]、MikeBowden等[49]研究了炸药产生的爆轰波在高压条件下对可压缩壁面存在非正规马赫反射。DonaldR.Curran[50]通过测量2024铝飞片撞击不同厚度靶自由面的质点速度，分析了质点的运动方向，获得了固体材料在冲击载荷作用下的响应规律。V.N.Kondtiev[51]基于一维定常爆轰波的CJ理论对爆炸冲击波在铜、铝中的耗散规律进行了研究。1.2.3不敏感战斗部及钝感炸药国内外发展随着弹药在服役期间的生存能力、炸药安全性和适用性问题的提出，北约钝感弹药信息中心（NIMIC）于1988年在美国成立。北约对常规导弹弹药寿命周期中可能遇到的各种威胁进行分析，并将其概括归纳为安全跌落、碎片撞击、子弹撞击、快速烤燃、慢速烤燃、射流冲击、殉爆7种主要模式，最终形成了钝感弹药评估和试验方法标准体系如图1.3所示。图1.3北约弹药安全性试验标准体系框架图Fig.1.3NATOammunitionsafetytestingstandardssystemframe在不敏感战斗部方面，目前公开的不敏感弹药较少，比较典型的为不敏感曳光榴弹IMHE-T由挪威弹药公司与美国通用动力公司武器与战术系统分部合作，该弹装填BAE公司的OSX-8熔铸高能炸药，把原有的120毫米触发性榴弹改进成一种完全符合不敏感弹药要求的榴弹，其内部结构图如图1.4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速破片撞击下带壳装药响应及防护的试验研究[J]. 屈可朋,赵志江,沈飞,王辉,肖玮,李亮亮,张帆. 火炸药学报. 2019(02)
[2]垫层对破片冲击起爆带壳炸药影响的数值模拟[J]. 张涛,刘雨生,高志鹏,杨佳,刘艺,谷岩. 爆炸与冲击. 2018(06)
[3]钨球对柱面带壳装药的冲击起爆数值模拟研究[J]. 王昕,蒋建伟,王树有,李梅. 兵工学报. 2017(08)
[4]破片对复合壳体装药冲击起爆判据的研究[J]. 路迎,王芳,卞晓兵,黄广炎,冯顺山. 兵工学报. 2017(S1)
[5]北约不敏感弹药标准试验方法[J]. 殷瑱,闻泉,王雨时,张志彪,闫丽. 兵器装备工程学报. 2016(10)
[6]破片冲击引爆带金属壳体屏蔽炸药临界条件研究[J]. 熊冉,李孝玉,魏晗. 爆破. 2015(04)
[7]碎片冲击起爆带壳装药的数值模拟[J]. 周双,陈利,张庆明. 兵工学报. 2015(S1)
[8]冲击波在泡沫铝复合结构中的衰减特性理论分析[J]. 钟云岭,郭香华,张庆明. 兵工学报. 2014(S2)
[9]多层介质阻抗匹配对隔爆效果的影响[J]. 陈闯,王晓鸣,李文彬,贾方秀,殷婷婷. 振动与冲击. 2014(17)
[10]预制破片对屏蔽炸药冲击引爆研究[J]. 童宗保,王金相,彭楚才,谢君,周楠. 科学技术与工程. 2014(07)
硕士论文
[1]小型撞击块冲击ERA失效响应条件研究[D]. 赵春龙.中北大学 2016
[2]破片撞击起爆战斗部影响因素及判据研究[D]. 濮赞泉.南京理工大学 2016
[3]战斗部抗破片冲击引爆感度评价方法与实验研究[D]. 李德贵.北京理工大学 2016
[4]低密度射流对带壳装药冲击起爆的研究[D]. 董方栋.中北大学 2014
[5]战斗部在冲击波作用下的响应研究[D]. 程波.南京理工大学 2014
[6]含能破片对模拟战斗部的引爆机理研究[D]. 李旭锋.南京理工大学 2006
本文编号：3088173
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