基于AUTODYN的EFP动能干扰协同作用仿真研究

陈玉 卢旭东 李建普

摘  要：为提高传统特种能源成型干扰器（EFP）侵彻部的侵彻范围和干扰效果，通过对EFP侵彻部进行结构优化，在不影响EFP成型的基礎上，将预制破片和EFP侵彻部这2种干扰元进行融合，形成EFP动能干扰复合侵彻部。采用AUTODYN有限元分析软件将动能干扰侵彻部的壳体结构和药型罩外形对破片运动状态和药型罩变形情况的影响进行数值模拟。结果表明，采用球缺形药型罩有利于形成EFP；当壳体与水平角度在-8°～-10°范围内，预制破片和形成的EFP速度最大，可增大侵彻部的干扰效果。

关键词：EFP侵彻部；药型罩；预制破片；AUTODYN；壳体结构

中图分类号：TJ410      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）14-0001-04

Abstract： In order to improve the penetration range and jamming effect of the traditional EFP penetration part， the structure of the EFP penetration part is optimized. On the basis of not affecting the forming of EFP， the two interference elements of the prefabricated fragment and the EFP penetration part are integrated to form the EFP kinetic energy interference composite penetration part. The effects of the shell structure of the kinetic energy interference penetration and the shape of the liner on the fragment motion and the cover deformation are numerically simulated using AUTODYN finite element analysis software. The results show that the spherical shaped liner is beneficial to the formation of EFP; when the angle between the shell and the horizontal is in the range of -8°～-10°， the velocity of prefabricated fragments and EFP is the highest， which can increase the interference effect of the penetration part.

Keywords： EFP penetration part; shaped liner; prefabricated fragments; AUTODYN; shell structure

特种能源成型干扰器（EFP）侵彻部是一种对装甲防护目标进行干扰的侵彻部，具有抗外部影响、侵彻后效大的优点[1]。EFP侵彻部利用高能特种能源爆轰时产生的高温高压能量转化为药型罩的动能和塑性变形能，将金属的药型罩锻造成的高速EFP形状，从而以EFP自身的动能作用在装甲目标上[2]。目前设计的EFP侵彻部大多仅关注对装甲的干扰，对装甲附近目标的协同影响能力较为有限。通过在其侵彻部上添加预制破片，形成动能-预制破片复合侵彻部，增强其附带干扰效果，提高干扰范围和质量[3]。动能-预制破片复合侵彻部是在不影响EFP成型的基础上，将预制破片和EFP侵彻部这2种干扰元进行融合，形成EFP动能干扰复合侵彻部，使其既能够发挥EFP对装甲的影响能力又能够发挥预制破片对目标的大面积干扰效果，达到增加装药利用率的同时扩展其干扰效能的目的[4]。

本文基于AUTODYN有限元分析软件对不同外形预制破片-EFP动能干扰复合侵彻部进行数值模拟，研究壳体结构和药型罩外形对破片运动状态和药型罩变形情况的影响，为EFP动能干扰复合侵彻部开发提供壳体结构和药型罩外形设计的理论依据。

1  复合侵彻部结构

1.1  复合侵彻部基础结构

在EFP侵彻部中加入预制破片形成EFP动能干扰复合侵彻部，其基础结构如图1所示。由图1可见，复合侵彻部的基本结构一般由壳体、球形预制破片、内衬、炸药装药、起爆装置和半球形药型罩等基本结构组成，壳体与内衬为整体构成，球形破片采用紧密排列的布局方式分布在壳体中[5]。球形破片之间注入低压聚乙烯粘合，轴向布置18列，轴向52排，共936个。

1.2  复合侵彻部结构优化

药型罩形状直接影响EFP形成的类型和速度，直接影响对装甲目标的干扰效果。传统EFP的成型模式有向后翻转型、向前压拢型和压垮型3种。其中，向后翻转型更能有效利用特种能源的能量、形成结构致密破甲效果优良的EFP[6]，因此优化后的药型罩形状采用能形成向后翻转式EFP的球缺形，以替换传统的半球形药型罩。此外，EFP动能干扰复合侵彻部采用单点中心起爆方式，预制破片会向四周飞散，为控制预制破片的飞行方向，在基本结构基础上对壳体的水平角度进行优化。优化后的复合干扰侵彻部结构如图2所示。由图2可见，优化后的侵彻部相较于基础结构，减少了侵彻部尾部预制破片的数量，产生的空间用4340钢填充；同时在不改变侵彻部壳体厚度、减小壳体对预制破片抑制作用情况下，减小侵彻部的口部尺寸，壳体与水平方向分别呈-1°、-3°、-6°、-8°、-10°夹角，分别命名EFP-1、EFP-3、EFP-6、EFP-8、EFP-10，复合侵彻部外形总体呈锥形外貌。

2  数值模拟结果分析

2.1  模型建立及材料本构模型

采用AUTODYN动力学分析软件对EFP动能干扰复合侵彻部的成型过程进行数值模拟，建立2D二分之一模型，采用默认单位制：mm、ms、mg[7-8]。侵彻部数值仿真模拟采用欧拉-拉格朗日耦合算法，其中炸药、内衬、壳体、药型罩是流体，采用欧拉算法；预制破片采用拉格朗日算法[9]。为减小壳体对预制破片飞散时的阻力，采用铝合金（AL 2024）作为壳体；壳体底部和内衬采用4340钢（STEEL 4340）；药型罩采用传统的铜合金（COPPER）；为保证预制破片硬度，选择密度较大的钨合金（TUNG.ALLOY）；其相关参数见表1。复合侵彻部炸药装药为COMP B型炸药，与复合侵彻部相关的参数列于表2[10-11]。

2.2  侵彻部的EFP和预制破片作用动态

侵彻部的各个构件在爆轰波冲击作用下开始运动，壳体和内衬受到冲击发生破碎，预制破片在爆轰波的作用下向四周飞散，药型罩变形形成EFP或普通杆式金属射流[12]。

为描述预制破片和药型罩的运动形态，分别对基础结构侵彻部和优化结构侵彻部在爆轰0.072 0 ms运动形态进行仿真分析，结果如图3所示。由图3可知，基础结构的半球形药型罩在高温高压作用下呈流体状态，形成高速运动的、不断延伸的普通杆式金属射流，并没有形成破甲所需的高速EFP，预制破片则在X轴方向非聚集式发散分布，这将导致预制破片在接触目标前发生相互摩擦、碰撞的几率增大，降低破片的干扰效果[13]；优化结构侵彻部的球缺形药型罩在炸药装药爆轰后，药型罩顶部微元的轴向速度明显大于底部微元的轴向速度，出现向后翻转的成型模式；此时，罩壳中部超前，边部迟后，并向对称轴收拢，成为EFP的尾部，最终形成带裙或带尾翼的EFP；预制破片则形成聚集式发散分布。

2.3  侵彻部破片及EFP形成临界速度

由于基础结构侵彻部没有形成高速EFP，因此提取优化结构侵彻部药型罩的速度和时间数据形成曲线，如图4所示。由图4可知，优化后的5种侵彻部药型罩的速度分别约为1 900、2 000、1 900、2 000和1 800 mm/ms，达到EFP成型速度1 500～3 000 mm/ms要求，因此优化的球缺形药型罩符合动能干扰复合侵彻部设计需求[14]。

预制破片的飞行速度也是衡量侵彻部干扰效果的影响因素之一[15]，由于爆轰波并不是同时作用在各个破片球上，起爆点间的距离不同，破片的速度也不相同，距离起爆点间距相同的破片其沿X轴方向的运动方向和速度是一致的，选取战斗部口部前4组破片分析其X轴方向的运动速度，结果见表3。

由表3可以看出，基础结构侵彻部中预制破片的速度明显小于优化结构侵彻部中预制破片的速度。对于优化结构战斗部而言，预制破片的速度随壳体与水平方向夹角增大而增加，其中夹角-8°～-10°预制破片的速度最大，能提高侵彻部的干扰效果。

3  结论

在传统EFP侵彻部基础上在壳体中增加预制破片，并对壳体与水平角度和药型罩形态进行优化，球缺形药型罩有利于形成EFP，减小壳体与水平角度可增大预制破片沿X轴方向飞行速度，增强侵彻部的干扰效果。当壳体与水平角度在-8°～-10°范围内，预制破片和形成的EFP速度最大。

参考文献：

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