周向MEFP式战斗部结构设计与仿真

吴峰，孔毓琦，柳科学，李晓峰

（73011部队装备部军械装甲处浙江湖州 313006）

0 引言

现代高技术情况下战争，空中作战已成为主要模式，空中打击也成为运用最广泛的军事手段，为了应对空中带来的日益严峻的威胁，世界各国正在积极研究对策，并发展各式防空武器作为应对策略。

目前在防空反导弹药上广泛应用的的战斗部形式有预制破片、连续杆式战斗部等类型，这类战斗部具有破片数量多，破片场分布理想、命中率高的优点。但对于直径一般较小的近程防空反导弹药来说，使用上述类型战斗部达成有效毁伤来袭导弹战斗部的任务，则存在明显的困难。小直径防空弹药受总重和内部空间限制，配用的战斗部尺寸小且装药少，这就导致预制破片式战斗部和连续杆式战斗部的单个破片的动能较小，不足以穿透来袭战斗部的厚壳体，产生虽然命中却不能使之彻底失效的问题，所以必须采用新的方法来解决。

针对这个问题，一种解决思路就是采用新型周向布置MEFP战斗部。MEFP又称多弹头爆炸成型弹丸，是Multiple Explosively Formed Projectile的简称，与一般的预制破片战斗部技术相比，它具有对目标打击毁伤率高、远距离打击能力强等特点。其药形罩通常都被设计成能形成多个带凹槽的装药结构，在炸药爆轰时聚能效应的作用下，可以形成多个质量较大并且速度较高的EFP弹丸，从而对目标实施有效的攻击。某种MEFP战斗部的组成如图1所示。

图1 某型MEFP战斗部的组成实物图

这类的MEFP战斗部起爆后，内部布置的多列药形罩在炸药作用下翻转成型，得到的成型弹丸的动能明显高于预制破片战斗部，足以穿透来袭战斗部的厚壳体使之彻底失效，故可以适用于小直径的防空弹药。

1 MEFP战斗部结构方案

对于MEFP战斗部，一般都采用轴向布置的形式，其优点是主要方向破片的质量速度都比较好，不足是破片数量较少，对导引精度的要求较高，适用于较精确的制导武器。而对于低成本的防空反导火箭武器而言，需要战斗部形成的破片要具有相当的数目，同时速度和质量等指标也要满足毁伤要求。

显然，采用轴向布置的MEFP战斗部是不能满足要求的。因此决定采用径向布置的方式来设计MEFP战斗部，并初步设计出如下两个方案:方案一为多球缺罩式战斗部（图2）和方案二为多棱柱式战斗部（图3）。

两方案的弹药口径都为70 cm，方案一的单个药形罩为变球缺形，其主视图为椭圆形，图2（a）长轴为30 mm，短轴为20 mm;其俯视图为一碗状结构，其深度为6 mm，距离中心的半径为33.5 mm，战斗部总长为200 mm。方案二的单个药形罩为瓦片状，图3（a）其尺寸为:高为32 mm，宽为25 mm;其俯视图为一瓦状结构，其深度为6 mm，距离中心的半径为33.5 mm，战斗部总长为200 mm。

图3 多棱柱式战斗部

2 MEFP爆炸成型过程仿真

为了在两种方案中选出一种较优的方案，先对两种方案进行仿真模拟:如图4所示，两方案沿轴向都有6列药形罩，每列6个，药形罩截面为变壁厚球缺形式。使用显式动力学分析软件AUTODYN－3D建立的模型，其中内部装药，端盖和药形罩均采用流固耦合的算法，以此来满足爆炸成型过程中大变形的要求。同时炸药的起爆方式为沿轴向中心线起爆，这是为了避免EFP飞散时轴向速度差过大，从而造成分布场难以控制的问题。

在仿真时间为10 μs时可以删除炸药单元，因为这时炸药对药形罩的作用已经很小了，可以忽略不计［4］。同时，在仿真过程达到100 μs时，EFP已基本成型，速度也不会有太大变化，所以可以认为全部成型过程在100 μs内结束。为简化建模过程，对列与列之间的EFP连接进行了断开处理，两方案的成型过程对比如图5图7所示。

图4 两方案未起爆前破片布置方式

图4两方案都使用显式动力学分析软件AUTODYN－3D建立的模型，其中内部装药，端盖和药形罩均采用流固耦合的算法，同时炸药的起爆方式为沿轴向中心线起爆。

图5 两方案起爆后10 μs时成型状况

图5在模拟仿真进行到大约10 μs时，在爆轰产物和爆轰压力的作用下，罩顶微元开始被压垮变形并流向药形罩的对称中心，这个时候药形罩也同时被压垮和变形，于是整个药形罩就开始向前运动。

图6 两方案起爆后20 μs时成型状况

图6在模拟仿真进行到大约20 μs时，药形罩的内表面速度不断增大，外表面速度不断减小。同时药形罩微元在对称中心发生堆积现象，各微元之间相互碰撞、挤压，由于这种情况，就使得罩壁厚不断增加。这就会导致压合现象在药形罩轴线区域处产生，于是药形罩微元中速度高的部分就会产生“射流”，而速度低的部分就会产生“杵体”［6］。

图7 两方案起爆后35μs时成型状况

图7在模拟仿真进行到大约35 μs时，药形罩在爆轰产物和爆轰压力的作用下继续向前高速运动，在药形罩微元的相互之间作用下，药形罩继续发生变形并向轴线收拢，同时逐渐向后翻转变形。

3 仿真结果分析

由图8的EFP的最终成型图，可以看出两个方案形成的EFP在形状尺寸上相差很大，方案一近似于椭圆球，而方案二则是飞片状的。两者之间的质量和速度的差别在图9和图10中得到体现。

图9 两方案成型后的破片质量

由图9可得:两方案的破片质量分别为7.761 8 g和1.3967 g，目前破片的质量m仍然是各国衡量其是否具有杀伤力的重要标准。例如:杀伤人员，要求破片m≥1 g;破坏汽车，m≥4 g;破坏飞机部件，m为1－8 g;毁伤火炮、装甲输送车，m≥10 g;破坏飞机油箱，m≥10 g。由此可知两方案形成的破片在质量上符合对空中目标的杀伤力标准。

根据图9和图10，将两方案最终成型的EFP各指标进行对比如表1所示。由此可以看出方案二的各项指标都要优于方案一（方案一中:药形罩材料利用率低导致破片质量小，且受到炸药爆炸作用的受力面积也小导致破片速度低），因此可以在方案二的基础上开展后续的研究。

表1 两方案EFP指标比较

图10 两方案成型后的破片轴向速度

4 小结

战斗部是弹药毁伤目标或完成既定战斗任务的核心部分，因此选择合适的战斗部关系到整个武器系统的作战效能。经过比较决定采用新型的MEFP战斗部应用于防空反导战斗部，在仿真之前首先列举了几种常见的轴向布置MEFP战斗部并分析了其存在的不足，同时决定采用周向布置的方式来设计MEFP战斗部，并初步设计出如下多球缺罩式MEFP战斗部和多棱柱式MEFP战斗部两个方案，通过对两种MEFP战斗部方案进行了仿真比较，得出方案二（即多棱柱式战斗部）形成的EFP参数指标较优。

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