Influence of inert core stuffing's physical properties on the impact of detonation driving of scalar hollow charge
-
摘要: 为研究惰性芯体物性对轴向阶梯形空腔装药结构爆轰驱动的影响规律，分别加工并装配了空腔内填充LY12铝、尼龙1011和无填充物三种技术状态的战斗部并进行了静爆实验，采用脉冲X射线成像测试技术获得了破片平均速度和飞散场形态；应用非线性动力学计算软件LS-DYNA，采用ALE算法进行了数值计算，分析了三种惰性芯体物性对破片场飞散形态、冲击波压力和破片初速的影响规律。结果表明：惰性芯体材料的冲击阻抗较主装药的冲击阻抗越大，对冲击波压力的影响越明显，作用于壳体表面的初始压力越大，主装药推动破片做功的能力越强，破片的速度越大，且惰性芯体物性的影响随着芯体半径的增大而增大。Abstract: In the present work, to find out how the inert core's physical properties influence the detonation driving of the axial scalar hollow charge, we fabricated three warheads separately stuffed with air, nylon 1011 and aluminum 12, carried out a static explosion test using the pulse X-ray imaging testing technology, and obtained the average velocity of the fragment field and the characteristics of the velocity distribution. Also, using the LS-dyna software and the ALE algorithm, we carried out numerical simulation to analyze the influences of the physical properties of three kinds of inert core's stuffings on the fragment field's shape, shockwave pressure, and initial velocity. The results show that the detonation driving is related with the shock resistance and dynamic stiffness of the stuffing: if the shock resistance of the stuffing is greater than the main charge, the impact on the shock wave pressure is more obvious; the greater the initial pressure on the shell surface, the greater the power of the main charge to drive the fragment, and the faster the fragment's velocity; and the influence of the inert core's physical properties become greater as the inert core or cavity radius increases.
-
Key words:
- scalar hollow charge /
- detonation driving /
- inert core
-
图 1 实验战斗部结构图和照片(单位：mm)
Figure 1. Structure diagram and photo of testing warhead (unit: mm)
图 4 有限元模型图和流固耦合计算模型
Figure 4. Numerical simulation drawing and fluid-structure interaction model
图 5 150 μs时三种技术状态战斗部的破片飞散场计算结果
Figure 5. Numerically simulated fragment status at 150 μs
表 1 无填充材料时D段破片速度(1~3号)
Table 1. Fragment velocity of warhead 1~3 (no filling)
战斗部 D段破片速度/(m·s-1) 第一层 第二层 第三层 第四层 平均速度 1号 164.5 232.2 288.3 350.4 258.9 2号 - - - - - 3号 163.3 243.1 295.0 352.2 263.4 平均值 163.9 237.7 291.7 351.3 261.2 
下载: 导出CSV
表 2 芯体材料为尼龙1011时D段破片速度(4~6号)
Table 2. Fragment velocity of warhead 4~6 (nylon 1011)
战斗部 D段破片速度/(m·s-1) 第一层 第二层 第三层 第四层 平均速度 4号 183.5 242.3 312.1 390.5 282.1 5号 181.0 244.1 308.4 402.7 284.5 6号 177.4 248.5 311.0 400.1 284.3 平均值 180.6 245.0 310.5 397.8 283.6
下载: 导出CSV
表 3 芯体材料为LY12铝时D段破片速度(7~9号)
Table 3. Fragment velocity of warhead 7~9 (LY12 Al)
战斗部 D段破片速度/(m·s-1) 第一层 第二层 第三层 第四层 平均速度 7号 206.9 276.2 347.7 421.0 312.9 8号 192.0 275.2 349.4 426.2 310.7 9号 199.8 277.9 345.9 424.1 311.9 平均值 199.6 276.4 347.7 423.8 311.8
下载: 导出CSV
表 4 主装药材料模型参数
Table 4. Parameters of B explosives
A/GPa B/GPa R1 R2 ω E0/GPa ρ/(g·cm-3) D/(km·s-1) pCJ/GPa 1 141.8 23.91 5.7 1.65 0.60 8.5 1.67 7.84 28
下载: 导出CSV
表 5 材料模型参数
Table 5. Parameters of material
材料 ρ/(g·cm-3) E/GPa ν σy/GPa G/GPa β εf 壳体、挡圈、内衬 2.78 72 0.3 0.345 0.69 0.2 0.18 破片 7.83 210 0.3 3.0 0.020 7 0 0 端盖、垫圈 1.04 1.37 0.3 0.050 0.010 7 0.2 0.8
下载: 导出CSV
表 7 各观测点冲击波压力峰值
Table 7. Shock wave peak pressure
观测点 冲击波压力/GPa LY12铝 尼龙1011 空腔 A 4.58 4.50 4.60 B 5.26 4.29 4.12 C 4.52 2.57 2.23 D 2.67 1.15 0.97
下载: 导出CSV
表 7 各段破片的平均速度
Table 7. Average velocity of fragment
段号 破片平均速度/(m·s-1) 空腔(空气) 尼龙1011 LY12铝 A 494.3 498.6 523.9 B 529.1 541.2 599.2 C 426.6 444.9 528.6 D 269.5 286.9 313.9
下载: 导出CSV
-
[1] Lioyd R M. Conventional warhead system physics and engineering design[M]. USA: American Institute of Aeronauts and Astronautics, 1998. [2] 李世才.HQ-9战斗部的总体设计[D].北京: 北京理工大学, 1992. [3] Wang S, Li C. KE-Rod initial velocity of hollow cylindrical charge[J]. Defence Science Journal, 2011, 61(1):25-29. doi: 10.14429/dsj [4] 李传增.中口径舰炮前向拦截反导弹药技术研究[D].北京: 北京理工大学, 2011. [5] 姬聪生.动能杆战斗部爆轰驱动研究[D].北京: 北京理工大学, 2004. [6] 王树山, 李传增.前向拦截形反导弹药系统及其实现方法: 中国, ZL 201010051895.3[P].2014-6-10. [7] 时党勇, 李裕春, 张胜民.基于ANSYS/LS-DYNA 8.1进行显式动力分析[M].北京:清华大学出版社, 2005:264-282. [8] 时党勇, 张庆明, 夏长富.多层预制破片战斗部数值仿真方法及起爆方式影响[J].解放军理工大学学报(自然科学版), 2009, 10(6):553-558. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jfjlgdxxb200906008Shi Dangyong, Zhang Qingming, Xia Changfu. Numerical simulation method and different initiation modes for prefabricated multilayerfragment warhead[J]. Journal of PLA University of Science and Technology (Natural Science Edition), 2009, 10(6):553-558. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jfjlgdxxb200906008 [9] 隋树元, 王树山.终点效应学[M].北京:国防工业出版社, 2000. -
点击查看大图
计量
- 文章访问数: 4355
- HTML全文浏览量: 1375
- PDF下载量: 350
- 被引次数: 0