V型夹层炸药干扰杆式侵彻体的影响因素研究*

高学浩，王凤英，刘天生，薛小秀

（1中北大学化工与环境学院，太原030051;2山西江阳化工有限公司，太原 030041）

0 引言

爆炸式反应装甲以其体积小、重量轻、成本较低等优点，在现代装甲车辆的防护中被广泛应用［1］。V型夹层炸药是爆炸式反应装甲常用的基本结构之一［2－3］。

目前，关于爆炸反应装甲干扰杆式侵彻体的研究大多集中于单个平板夹层炸药，如李小笠等［4－5］提出长杆弹与爆炸式反应装甲平板飞散干扰模型，李向东等［6］分析平板夹层炸药干扰杆式侵彻体的影响因素。但针对V型夹层炸药干扰杆式侵彻体的研究还较少。因此文中研究运用数值模拟软件LS-DYNA模拟V型爆炸式反应装甲干扰杆式侵彻体的过程，分析入射角θ、两平板夹层炸药距离H1、V型夹层炸药距主装甲距离H2等因素对V型爆炸式反应装甲干扰杆式侵彻体的影响。

1 计算模型

1.1 模型的基本结构

图1 V型爆炸爆炸式反应装甲基本结构图

如图1所示，单元一为倾斜放置的平板夹层炸药，倾斜角度为10°;单元二为水平放置的平板夹层炸药;θ是杆式侵彻体的入射角;H1是两平板夹层炸药距离;H2是V型夹层炸药距主装甲距离。

1.2 材料模型及参数

根据图1建立二分之一模型，杆式侵彻体长取64 mm，直径为8 mm，头部为半球型，初始速度为1 700 m/s。上、下飞板长为80 mm，宽 40 mm，厚度3 mm。炸药长80 mm，宽40 mm，厚度2 mm。为节省计算量，主装甲采用主靶与辅助靶相结合的方法。

上、下飞板、杆式侵彻体、主靶、辅助靶均为45#钢，采用Johnson-Cook模型和 Gruneisen状态方程来描述，其主要材料参数为:ρ=7.83 g/cm3，G=77 GPa，PA=0.792 GPa，PB=0.51 GPa，C=0.456 9，S1=1.49，γ0=2.17。夹层炸药为军用B炸药，采用 Elastic_Plastic_Hydro模型和Gnition_Growth_of_Reaction_In_He状态方程来描述，其主要材料参数为:ρ0=1.712 g/cm3，G=3.54 GPa，r1=778.1 GPa，r2= － 0.05 GPa，a=524.2 GPa，b=7.678 GPa。空气采用 Null模型和 Gruneisen状态方程，其主要材料参数为:ρ=0.001 293 g/cm3，C4=C5=0.4，C1=C2=C3=C6=0。

2 计算结果及分析

2.1 入射角的影响

首先计算杆式侵彻体在无V型夹层炸药下，θ从0°到60°不同的侵彻穿深P1。然后将V型夹层炸药按H1=7 mm、H2=8 mm进行放置，计算θ从0°到60°的不同侵彻穿深P2，如表1所示。

表1 不同θ所对应的P1、P2及ξ

ξ表示穿深减少率。由表1可看出，当θ在0°到55°时，ξ随着θ的增加而增加;当θ达到60°时，ξ突然跃升。

当θ增加时，杆式侵彻体相对于单元一、单元二的入射角都会增加，两单元的干扰作用都会增强，使杆式侵彻体侵彻主靶前，弯曲角度增加，长度变短。如图2所示，α为弯曲角度，L为杆式侵彻体长度。当θ=15°时，α1=2°，L1=45.1 mm;当 θ=45°时，α2=5°，L2=41.6 mm;当θ=60°时，α3=18°，L3=41 mm。所以当θ从0°增加55°时，ξ不断增强;当θ=60°时，由于杆式侵彻体严重弯曲，杆式侵彻体出现跳弹现象，导致ξ突然跃，如图3所示。

图2 θ=15°、θ=45°、θ=60°时，侵彻主靶前杆式侵彻体的弯曲角度和长度

图3 θ=60°时，杆式侵彻体出现跳弹现象

2.2 两平板夹层炸药距离

将V型夹层炸药按H2=8 mm进行放置，入射角θ=40°，计算杆式侵彻体在H1从0mm到37 mm变化时的不同侵彻穿深P3，如表2所示。

表2 不同H1对应的P3

由表2可知，随着H1不断增加，P3先下降，然后又增加。

定义杆式侵彻体与单元一下飞板开始接触时，单元一下飞板与单元二上飞板之间的距离为H3。当H1从0mm增至11mm的过程中，H3不断增加，使单元一与侵彻体单独作用时间增加，使杆式侵彻体侵彻主靶前，弯曲角度增加，长度变短，弹体损坏程度增加，P3下降。如图4所示，Dmin为杆式侵彻体侵彻主靶前的最小直径。当H1=5 mm时，α4=3°，L4=41.8mm，Dmin=7.75 mm，损坏程度较轻;当 H1=5 mm 时，α5=5°，L4=40.8 mm，Dmin=7.1 mm，损坏程度较严重，多处被飞板严重切割。

图4 H1=5 mm与H1=11 mm时的H3对比及侵彻主靶前侵彻体的弯曲角度、长度、最小直径、损坏程度

但随着H1继续增加，单元一下飞板对杆式侵彻体的作用力方向发生改变，使侵彻体的头部变锐，入射角变小，侵彻能力增强，P3上升。如图5所示，当H1=37 mm时，杆式侵彻体的头部严重变锐，θ从40°减少到 34.6°。

图5 H1=37 mm时，单元一下飞板的反向切割作用力及侵彻主靶前的侵彻体

2.3 V型夹层炸药距主装甲距离

将V型夹层炸药按H1=7 mm进行放置，入射角θ=40°，计算杆式侵彻体在H2从0 mm到32 mm变化时的不同的侵彻穿深P4，如表3所示。

表3 不同H2对应的P4

从表3可知，随着H2不断增加，P4先保持不变，然后出现轻微下降，最后保持不变。

当H2在0 mm与4mm之间时，由于距离较短，单元二下飞板未发生切割作用就已经撞击到主装甲上，所以H2的增加对干扰作用造成影响，P4保持不变，如图6所示。当H2在6mm与12mm之间时，杆式侵彻体与单元二下飞板发生切割作用，并且随着H2增加，切割作用有所加强，P4下降，干扰作用增强。当H2大于12 mm，但由于入射角等因素影响，侵彻体在单元二下飞板上的着弹点靠近边缘处，单元二下飞板与侵彻体切割作用距离太短，发生作用后就迅速分离。所以即使继续增加H2，单元二下飞板切割作用也不会增加。如图7所示，H2=18 mm与H2=32 mm时，单元二下飞板切割作用距离S相同，均为11.5 mm。所以，P4保持不变，干扰作用保持不变。

图6 H2=4 mm，单元二下飞板未发生切割作用

图7 H2=18 mm与H2=32 mm时单元二下飞板切割作用距离相同

3 结论

1）随着θ不断增加，杆式侵彻体侵彻主靶前的弯曲角度增加，长度变短，V型夹层炸药的干扰作用不断加强;当θ=60°时，杆式侵彻体严重弯曲，出现跳弹现象，干扰作用突然跃升。

2）随着H1不断增加，单元一与侵彻体单独作用时间增加，导致弯曲角度增加，长度变短，侵彻体损坏程度增加，V型夹层炸药干扰作用增强;然而当H1大于11 mm时，单元一下飞板的作用力方向改变，使侵彻体的头部变锐，入射角变小，干扰作用又下降。

3）当H2在0mm与4mm之间时，由于距离较短，单元二下飞板未发生切割作用就已经撞击到主装甲上，V型夹层炸药的干扰作用不变。当H2在6 mm与12 mm之间时，杆式侵彻体与单元二下飞板发生切割作用，干扰作用增强。当H2大于12mm，单元二下飞板切割作用距离太短，切割作用不再随H2增加而增加，干扰作用不变。

［1］王凤英.装甲防护技术的发展［J］.测试技术学报，2002（2）:144－147.

［2］焦丽娟.新型反应装甲技术研究［D］.太原.华北工学院，2001.

［3］毛东方，李向东，宋柳丽.V型夹层炸药对射流干扰的数值模拟［J］.爆炸与冲击，2008，28（1）:86 －91.

［4］李小笠，赵国志，杜忠华.爆炸式反应装甲对长杆体侵彻的干扰作用［J］.弹道学报，2006，18（3）:74 －78.

［5］李小笠，赵国志，沈培辉，等.长杆弹与爆炸式反应装甲平板飞散干扰模型［J］.弹箭与制导学报，2003，23（2）:143－147.

［6］李向东，杨亚东，兰志.平板夹层炸药对杆式侵彻体干扰的影响因素［J］.弹道学报，2010，22（3）:68－72.