学士学位论文：毁伤模式可调战dou部设计与仿真
沈阳理工大学学士学位论文摘 要毁伤模式可调战斗部是在现役弹药系统内的战斗部难以满足未来战场对弹药的需求而产生的一种新型战斗部。该战斗部的特点是在不需要改变装药结构下，通过控制战斗部外围部分的张开与闭合来实现两种不同毁伤元之间的转换，满足弹药毁伤机理的多样性以及灵活性。本文设计了一种毁伤模式可调战斗部结构，分析了此种战斗部的作用原理；利用ANSYS/LS-DYNA软件数值模拟分别研究了EFP和破片的成型过程，得到了药型罩参数及装药参数对EFP毁伤元特性的影响规律，获得了破片的初速、速度沿轴向分布、飞散角、数量和质量分布等特性参数。数值模拟了战斗部外围部分展开状态和闭合状态下毁伤元的成型过程，并对模拟结果进行归纳和分析。基于对上述规律的研究和分析，有效验证了在同一装药结构下，通过改变战斗部结构来实现两种毁伤模式的转换的可行性。关键词：模式转换；EFP；破片；战斗部AbstractThe damage mode adjustable warhead is a new type of warhead which is difficult to meet the demand of ammunition in the active ammunition system. The warhead of the characteristics does not need to change the charging structure, by controlling the warhead peripheral parts of the open and closed to realize two different damage elements between the conversion and meet the ammunition damage mechanism, flexibility and diversity.In this paper, a kind of damage mode adjustable warhead is designed, and the function principle of this kind of warhead is analyzed. Using software of ANSYS / LS-DYNA, numerical simulation were studied the forming process of EFP and fragment and get the liner parameters and charge parameters of EFP kill element characteristics influence law. The fragment velocity and velocity distribution along the axial direction and scattering angle, the quantity and quality of distribution parameters were obtained. Numerical simulation is made on the forming process of damage element in the state and the closed state of the peripheral part of warhead, and the simulation results are summarized and analyzed. Based on the research and analysis of the above rules, it is proved that the conversion of the two damage modes can be realized by changing the structure of the warhead under the same charge structure.Key words: switchable modes; EFP; fragment; warheadIV目 录1 绪论11.1 研究背景及意义11.2 国内外研究现状11.2.1 国外研究现状11.2.2 国内研究现状31.3 本文研究内容42 可调战斗部结构设计与毁伤元成型数值模拟52.1 毁伤模式可调战斗部的结构52.2 毁伤模式可调战斗部的作用原理62.3 毁伤元成型数值模拟82.3.1 数值方法82.3.2 EFP毁伤元成型数值模拟102.3.3 破片毁伤元成型数值模拟123 装药结构参数与可调毁伤元的匹配关系143.1 EFP毁伤元成型特性数值模拟143.1.1 计算模型143.1.2 装药高度对EFP成型特性的影响153.1.3 药型罩曲率半径EFP成型特性的影响173.1.4 装药直径对EFP成型特性的影响193.1.5 药型罩厚度对EFP成型特性的影响203.2 破片毁伤元成型特性理论分析和数值模拟233.2.1 计算模型233.2.2 破片特性参数理论分析233.2.3 壳体厚度对破片速度特性的影响263.2.4 装药厚度对破片速度特性的影响293.2.5 破片飞散角313.2.6 破片的质量与数量分布324 EFP/破片毁伤元模式转换数值模拟374.1 仿真模型374.2 外围部分张开不同角度仿真结果384.2.1 张开角度对EFP成型的影响384.2.2 张开角度对破片成型的影响405 结论425.1 研究的结果以及结论425.2 进一步需要解决的问题42致 谢43参考文献44附录A46附录B551 绪论1.1 研究背景及意义未来的战争呈现出的多样化的局面要求武器系统能够适应信息化、精确化、多功能化的趋势，同时能够对付战场中出现的多类型目标。弹药是在战场中直接造成杀伤和破坏的最有效的工具，在这样的一个境况下，首先需要改变的就是弹药。而作为各类弹药最终毁伤单元的战斗部则是完成战斗任务的核心部分，这种改变不仅要求战斗部具有很高的精准度的同时还需要具备有高度的灵活性。现役弹药系统内使用的战斗部难以满足这种要求，很大程度上限制了弹药威力发挥和使用范围。为了满足这种军事需求，毁伤模式可调战斗部应运而生。传统意义上的弹药并不具备区分杀伤目标和切换战斗部毁伤模式以使得毁伤效率最优化的功能，而毁伤模式可调战斗部的出现则可以弥补这种不足。毁伤模式战斗部可以在同一种装药结构下通过改变其战斗部结构来实现两种不同类型毁伤元之间的转换。毁伤模式战斗部结构简单，制造成本低，可以通过简单地改造战斗部结构来实现毁伤效率最大化的优点。同时还改变传统弹药作战方式的单一局限性，在遇见不同的目标时能对目标造成最大的毁伤效果。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状欧美等军事大国一直在研究模式转换战斗部技术1-5，在国外对模式可转换战斗部研究最具有代表性的例子是洛克希德马丁公司为美军方研究的低成本自主攻击系统6。“洛卡斯”低成本自主攻击系统（LOCAAS）主要由激光雷达(LADAR)导引头、一体化INS/GPS制导导航系统、多模战斗部、微型涡喷发动机和小巧紧凑的弹体组成。各系统间密切配合，以多种模式针对不同地面目标达到最佳杀伤效果。激光雷达导引头识别目标类型，选择战斗部最佳杀伤模式，制导导航系统选择最佳发火时间和目标瞄准点。目前应用最广的是洛克希德马丁公司和雷声公司联合研制的LAM巡飞弹以及PAM精确打击弹药7。LOCAAS的巡飞弹及其结构示意图如图1.1所示。图1.1 LOCAAS巡飞弹及其结构示意图图1.1右边示意图的黄色区域代表的是LOCAAS的激光雷达导引头部分，其主要的作用是识别目标类型，为战斗部选择最佳的杀伤模式。红色区域为LOCAAS的弹头部分，绿色区域为各类的电子器件，白色的部分为它的弹体部分。LOCAAS的多模战斗部如图1.2所示，药型罩采用平板状的设计，它可以形成侵彻重装甲的杆式射流，也可以形成EFP用于攻击装甲车辆相对薄弱的顶部，同时也能形成破片杀伤作战人员等目标。图1.2 LOCAAS的多模战斗部及其形成的不同毁伤元德国的Blache.A 和Weimalm.K利用AUTODYN软件，对同一装药结构在两种不同起爆方式下毁伤元成形特性进行了数值模拟。一种是单点起爆，另一种是添加由特殊质量分布的金属隔板组成的VESF装置。其工作原理是改变VESF装置参数，达到改变爆轰波的波形的目的，控制聚能装药成型的形状和质量分布，进而形成不同毁伤元7。Bourne等做了多模战斗部毁伤元形成的试验验证，从试验与仿真对比结果可以得出同一装药结构在中心点起爆形成了EFP毁伤元，应用起爆网络形成了JPC毁伤元，与以往所做的仿真与试验相符，为后续多模战斗部的设计提供了可靠的参考依据8-9。欧美、俄罗斯等国对战斗部在不同起爆模式下的各种状态参数进行了大量的研究。有些结果当时并没有发现可以用在武器系统上面，但随着传感器技术的进步，武器系统能够识别出目标的类型，因此模式可转换战斗部得到了长足的发展10-13。1.2.2 国内研究现状蒋建伟等14采用AUTODYN软件对点起爆和环形起爆方式下的毁伤元形成与侵彻装甲钢靶进行数值模拟，同时分析了起爆位置对毁伤元成形和侵彻能力的影响。通过研究改变起爆方式使Octol炸药和采用球缺形紫铜药型罩柱的锥型战斗部形成爆炸成型弹丸和杆式侵彻体两种毁伤元。刘松等15在研究发现配有多模战斗部的巡飞弹打击多类型的地面目标时，影响毁伤概率的主要因素是炸高、圆概率偏差和姿态误差。若为提高配有MEFP战斗部的巡飞弹的毁伤概率，除了提高导引精度和降低炸高之外，提高姿态控制精度也是有效的途径。张洋溢等16利用LS-DYNA 3D程序，分析了在爆炸成型弹丸结构前的一个适当位置安装一个可抛掷的切割网罩结构，对药型罩经过两种不一样的切割网罩形成多个破片的过程进行了数值模拟。通过数值仿真并结合试验发现破片与药型罩之间的距离需在一定的范围之内才能形成理想的破片，并存在一个最佳值。尹建平等17采用流固耦合方法，采用LS-DYNA软件对井字形网栅切割式MEFP的形成过程进行数值模拟，并在此基础上以破片发散角为指标，应用正交优化方法分析研究药型罩曲率半径、网栅间距和网栅材料密度对破片发散角影响的主次关系，并得到上述三种因素对井字形网栅切割式MEFP战斗部而言的最佳水平组合。井字形网栅切割式MEFP战斗部如图1.3所示。图1.3 井字形网栅切割式MEFP战斗部李伟兵等18针对同一成型装药形成多模毁伤元问题，利用LS-DYNA程序研究了单点起爆位置对爆炸成型侵彻体成型的影响，发现EFP的成型参数随起爆点距离药型罩的轴向距离呈双曲线规律变化。并且发现在同一战斗部上，通过改变中心点起爆位置，就可以实现在EFP和杆式EFP两种模态之间的转换。有关模式可转换战斗部中两种毁伤元之间的转换问题，国内外已经开展了不少研究。但是从目前公开发表的资料来看，大多是针对爆炸成型弹丸、射流以及杆式射流毁伤元之间的双模转换14-19。在药型罩前端设置切割网栅的方法20，是目前实现聚能与破片毁伤元双模转换的主要技术途径。针对目前国内外的研究现状，本课题研究的毁伤模式可调战斗部则在技术上做出
