刻槽数量对刻槽式MEFP成型的影响研究

张　健，赵　爽，相升海，张恩涛，程　春，韩继龙

(1.沈阳理工大学 装备工程学院，沈阳 110159；2.沈阳新松机器人自动化股份有限公司，沈阳 110168)



刻槽数量对刻槽式MEFP成型的影响研究

张健1，赵爽1，相升海1，张恩涛2，程春1，韩继龙1

(1.沈阳理工大学 装备工程学院，沈阳 110159；2.沈阳新松机器人自动化股份有限公司，沈阳 110168)

利用LS-DYNA软件有限元程序对刻槽式MEFP战斗部成型进行数值模拟，研究刻槽数量对刻槽式MEFP成型的影响。研究结果表明：刻槽数量为三至八槽，壳体厚度与弹丸直径比和装药长径比在一定范围时，药型罩均可形成与刻槽数量相同的子弹丸；子弹丸的长径比随着刻槽数量的增加而增大；刻槽数量一定时，子弹丸的速度和全部子弹丸动能随着壳体厚度与弹丸直径比、装药长径比的增加而增大。研究结果对于刻槽式MEFP战斗部设计具有参考意义。

多爆炸成型弹丸；刻槽数量；数值仿真；药型罩

多爆炸成型弹丸(MEFP)与爆炸成型弹丸(EFP)相比，在保持一定的侵彻能力的情况下，能够产生多个爆炸成型弹丸，从而形成攻击弹幕，提高毁伤轻型装甲目标的命中概率[1-2]，现已成为许多学者研究的对象。陈宇等人设计一种防空组合式MEFP战斗部[3]。王猛等人对三槽刻槽式MEFP进行了实验研究[4]。相升海等人对三槽刻槽式MEFP侵彻靶板进行数值模拟并进行实验验证，表明这种数值模拟方法可行[5]。

本文采用文献[5]数值模拟方法，研究刻槽式MEFP在不同的壳体厚度与弹丸直径比和装药长径比下，刻槽数量对刻槽式MEFP成型、子弹丸的速度与全部子弹丸动能的影响，本文研究的刻槽数量为三至八槽。

1　有限元建模

刻槽式MEFP战斗部的药型罩采用圆周均匀分布的V型槽，药型罩中心留有通心孔，刻槽数量为三、四、五、六、八。药型罩、装药、及其壳体采用六面体实体单元。图1是三槽刻槽式MEFP示意图和有限元模型。

图1　三槽刻槽式MEFP示意图和计算模型

壳体与装药、装药与药型罩之间采用单面滑移接触，主装药采用中心起爆。药型罩中心开有通孔，药型罩为变壁厚，药型罩有限元模型如图2所示。

图2　三至八槽药型罩有限元模型

主装药采用8705炸药，选用MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型及EOS_JWL状态方程；壳体采用45#钢，选用MAT_JOHNSON_COOK材料模型及EOS_GRUNEISEN状态方程；药型罩采用紫铜，选用MAT_JOHNSON_COOK材料模型及EOS_GRUNEISEN状态方程。壳体、药型罩、炸药参数详见文献[6-8]。

MAT_JOHNSON_COOK材料模型等效应力表达式为

(1)

EOS_GRUNEISEN状态方程为

(2)

2　计算结果分析

2.1MEFP成型数量的分析

药型罩在爆轰波的作用下发生翻转，并在刻槽处断裂，从而形成多个子弹丸。壳体厚度与弹丸直径比为0.030，装药长径比为0.8，刻槽数量为三、四、五、六、八时，药型罩成型结果如图3所示。

图3　刻槽式MEFP药型罩成型图

从图3可知，壳体厚度与弹丸直径比、装药长径比在一定范围时，药型罩在爆轰波的作用下，能够形成近似均匀分布的子弹丸，子弹丸数量与刻槽数量相同。

子弹丸的长径比逐渐变大，不同刻槽数量的子弹丸的长径比如图4所示。

图4　刻槽数量不同时子弹丸的长径比

2.2刻槽数量对MEFP成型的影响

本文在壳体厚度与弹丸直径比和装药长径比变化的情况下，研究刻槽数量对刻槽式MEFP成型、子弹丸的速度和全部子弹丸动能的影响。

刻槽数量为三、四、五、六、八，壳体厚度与弹丸直径比分别为0.025、0.030、0.035、0.040时，成型后子弹丸的速度和全部子弹丸动能如图5所示。

图5　壳体厚度与弹丸直径比不同时子弹丸的速度和全部子弹丸动能

由图5a可知，刻槽数量一定时，子弹丸的速度随着壳体厚度与弹丸直径比的增加而增大。这是因为壳体厚度与弹丸直径比的增加，延长了炸药对药型罩的作用时间，使得更多能量转化为子弹丸的动能，所以子弹丸的速度增大。当壳体厚度与弹丸直径比不变，刻槽数量少于五槽时，子弹丸的速度随着刻槽数量的增加而增大；当刻槽数量多于五槽时，随着刻槽数量的增加速度变化不大，子弹丸的速度趋于稳定。

由图5b可知，当壳体厚度与弹丸直径比不变时，全部子弹丸动能随着刻槽数量的增加而减小。这是因为壳体厚度与弹丸直径比一定的情况下，炸药对药型罩的作用时间不变，而刻槽数量增加，断裂损失的能量明显增大，所以全部子弹丸动能随着刻槽数量的增加而减小。

刻槽数量分别为三、四、五、六、八，装药长径比分别为0.8、0.9、1.0、1.1时，成型后子弹丸的速度与全部子弹丸动能如图6所示。

由图6a可知，刻槽数量一定时，子弹丸的速度随装药长径比的增加而增大，这是因为弹丸直径不变，装药长径比增大，装药量增加，作用在药型罩的能量增加，而药型罩质量不变，所以子弹丸的速度增大。装药长径比不变，当刻槽数量为三至五槽时，子弹丸的速度随着刻槽数量的增加而增大；当刻槽数量多于五槽时，随着刻槽数量的增加，子弹丸的速度变化不大且趋于稳定。

由图6b可知，装药长径比不变，全部子弹丸动能随着刻槽数量的增加而减小。这是因为装药长径比不变时，装药量不变，作用在药型罩上能量不变，而刻槽数量增加，药型罩断裂损失的能量明显增大，所以全部子弹丸动能随着刻槽数量的增加而减小。

图6　装药长径比不同时子弹丸的速度和全部子弹丸动能

3　结论

(1)刻槽数量为三至八槽，壳体厚度与弹丸直径比、装药长径比在一定范围时，能够形成近似均匀分布的子弹丸；子弹丸的长径比随刻槽数量的增加而增大。

(2)刻槽数量一定时，子弹丸的速度和全部子弹丸动能随着壳体厚度与弹丸直径的比、装药长径比的增加而增大。

(3)壳体厚度与弹丸直径的比不变，刻槽数量少于五槽时，子弹丸的速度随着刻槽数量的增加而增大；当刻槽数量为五至八槽时，子弹丸的速度对刻槽数量的变化不敏感；装药长径比不变，当刻槽数量少于五槽时，子弹丸的速度随着刻槽数量的增加而增大；当刻槽数量为五至八槽时，子弹丸的速度对刻槽数量的变化不敏感。

(4)当壳体厚度与弹丸直径比、装药长径比不变时，全部子弹丸动能随着刻槽数量的增加而减小。

[1]Frong R,Ng W,Rice B,et al.Multiple explosively formed penetrator(MEFP)warhead technology development[C]//19th International Symposium on Ballistics.Switzerland,2001:563-568.

[2]尹建平,张洪成,付璐,等.多爆炸成型弹丸性能参数灰关联分析[J].火力与指挥控制,2012,37(5):183-187.

[3]陈宇,曹红松,王智军,等.一种新型防空MEFP的设计与仿真[J].现代防御技术,2013,41(4):202-206.

[4]王猛,黄德武,罗荣梅.整体多枚爆炸成型弹丸战斗部试验研究及数值模拟[J].兵工学报,2010,31(4)：453-456.

[5]相升海,徐文龙,唐恩凌,等.刻槽式多爆炸成型弹丸对双层有先后钢靶侵彻能力及后效研究[J].兵工学报,2014,35(9):1350-1355.

[6]范斌,王志军,王辉.多爆炸成型弹丸成型过程的数值模拟[J].弹箭与制导学报,2010,30(1):124-126.

[7]周翔,龙源,岳小兵.76mm口径EFP成形过程数值模拟及影响因素研究[J].弹道学报,2003,15(2):59-63.

[8]吴晗玲,段卓平,汪永庆.杆式射流形成的数值模拟研[J].爆炸与冲击,2006,26(4):328-333.

(责任编辑：赵丽琴)

Study on the Influence of the Number of Grooves on the MEFP Forming of the Groove

ZHANG Jian1,ZHAO Shuang1,XIANG Shenghai1,ZHANG Entao2,CHENG Chun1,HAN Jilong1

(1.Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China;2.Shenyang SIASUN Robot and Automation Co,Ltd,Shenyang 110168,China)

The MEFP warhead molding of the groove type was numerically simulated by LS-DYNA software, and the influence on the molding of the groove-type MEFP warhead of different groove number was studied.The research results show that,when the groove number is 3 to 8,the thickness of shell and the length of charge is in a certain range,the liner can form the projectiles,the number of which is as equal as groove number.The velocity and kinetic energy of the projectile increased with the increase of the shell thickness,increased with the increase of charge length,when the groove number was specified.The research results have a significant influence on the design of the groove-type MEFP warhead.

multi-explosive shaped projectiles;the number of grooves;numerical simulation;drug-type cover

2015-09-14

张健(1961—),男,博士,教授,研究方向:弹药工程。

TJ410.3+33

A