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【6h】

多点起爆方式作用机理及其在战斗部中的应用研究

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摘要

1绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1多点起爆条件下爆轰波的形成及传播理论研究现状

1.2.2多点起爆方式在相关战斗部领域应用

1.2.3多点同步起爆网络研究现状

1.3本文主要内容

2装药多点起爆爆轰波作用模型

2.1爆轰波碰撞特性分析

2.1.1两点起爆过程分析

2.1.2多点起爆过程分析

2.2爆轰波的正规反射和马赫反射

2.2.1正反射和正规斜反射

2.2.2马赫反射

2.3多点起爆马赫波对成型装药结构药型罩的压力分布

2.3.1药型罩表面压力分布

2.3.2药型罩表面压力计算

2.3.3喇叭形爆轰波形变化

2.4多点起爆对定向战斗部破片速度的增益

2.4.1定向区范围

2.4.2定向区破片初速

2.5本章小结

3基于纳米颗粒炸药的多点同步起爆网络技术

3.1起爆网络选药和结构

3.1.1纳米颗粒传爆药

3.1.2起爆网络的结构

3.2起爆网络关键结构参数影响分析

3.2.1刻槽宽度d的影响

3.2.2基板厚度H的影响及起爆威力分析

3.3起爆网络同步性

3.3.1同步时间误差分析模型

3.3.2同步性误差试验

3.4八点起爆的数值模拟与起爆网络的应用检验

3.4.1八点起爆的数值模拟

3.4.2试验验证

3.5本章小结

4多点起爆参数研究

4.1引言

4.2装药口径与起爆半径的关系

4.3装药口径与起爆点数的关系

4.3.1起爆点数对JPC成型参数的影响

4.3.2起爆点数对JPC褶皱尾裙形成的影响

4.3.3起爆点数对药型罩压力分布的影响

4.3.4起爆点数的选择

4.4装药口径与起爆精度的关系

4.4.1不同精度下JPC的成型

4.4.2起爆精度的选择

4.5本章小结

5多点起爆在大长径比爆炸成型弹丸中的应用研究

5.1引言

5.2多点起爆形成EFP可行性分析

5.2.1大长径比EFP分析

5.2.2 EFP压垮过程分析

5.3有限元模型的试验验证

5.4多点起爆形成大长径比EFP的影响

5.4.1起爆半径的影响

5.4.2外弧度半径的影响

5.4.3切边角的影响

5.4.4装药长径比的影响

5.5优化结果比较

5.6 X光试验

5.7本章小结

6多点起爆对定向战斗部破片速度增益研究

6.1引言

6.2中心起爆试验分析

6.2.1材料随机破坏模型

6.2.2单点端面中心起爆

6.2.3多点中心起爆

6.3偏心多点起爆的数值计算

6.4多点起爆位置对破片增益区的影响

6.5起爆点数选择

6.5.1破片径向速度分布

6.5.2破片轴向速度分布

6.5.3起爆点数选择标准

6.6破片测速试验

6.6.1双列十点起爆装置的设计

6.6.2测速试验

6.7本章小结

7结束语

7.1本文主要结论

7.2本文创新点

7.3问题与展望

致谢

参考文献

附录

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摘要

本文以多点起爆方式为研究对象,提高战斗部的高效毁伤效应为目的,采用理论分析、数值模拟和试验相结合的方法研究了爆轰波碰撞后压力和波形的变化,分析了关键起爆参数间的相互依赖又相互制约的关系,设计了一聚能成型装药用刚性多点同步起爆装置,最后给出了多点起爆方式在爆炸成型弹丸战斗部以及偏心起爆式定向战斗部中应用研究。结果表明:多点起爆方式作为一种起爆手段可以有效提高战斗部的毁伤能力,是战斗部高效毁伤领域重要的研究方向。本文主要研究内容和结果如下: (1)研究了多点起爆方式下爆轰波相互作用过程,建立了圆柱形装药环形多点起爆爆轰模型,该模型可以计算多点起爆方式下爆轰波阵面压力大小、压力在药型罩上的分布以及喇叭形爆轰波波形差等。分析了多点起爆方式在爆轰压力和波形上的优势。 (2)着眼于多点起爆方式的应用,设计出一个刚性八点同步起爆网络,采用纳米颗粒传爆药,颗粒直径约40nm~60nm,呈球形、类球形状,提高了多点同步起爆网络的起爆精度。研究了起爆网络的刻槽宽度d、基板厚度H对起爆网络的影响,得到了两个关键参数的合理取值范围并验证了起爆网络的起爆威力。结合理论和试验方法分析了该起爆网络的同步性精度在200ns内,可以满足较大口径聚能成型装药战斗部使用要求。 (3)提出起爆半径、起爆点数和起爆精度是多点起爆方式在战斗部中应用的最关键的三个参数,分析了三者相互联系又相互制约的关系。以多点起爆方式的应用为目标,基于聚能成型装药杆式射流战斗部结构,数值模拟了装药口径与起爆半径的对应关系、装药口径与起爆点数的对应关系、装药口径与起爆精度的对应关系,得出了关于装药口径、起爆半径、起爆点数和起爆精度的一系列量化关系,为多点起爆方式的应用问题打下坚实的基础。 (4)将多点起爆方式应用于爆炸成型弹丸(EFP)的成型。根据环形多点爆轰模型压力大小和分布情况,分析了喇叭形爆轰波对药型罩压垮速度及压垮角的影响,得出多点起爆方式对爆炸成型弹丸的成型性能的提升有很大的潜力。优化起爆方式、装药结构以及药型罩结构三方面,着重优化起爆半径r、药型罩外弧度半径R2、药型罩切边角α、装药长径比H/Dk四个结构参数,提高了EFP的性能。得到了优化的EFP结构,结构参数为:r=20mm、R2=50mm、α=55°、H/Dk=0.8,较端面中心点起爆方式侵彻深度增加了74.3%,明显提高了EFP的侵彻能力。 (5)将多点起爆方式应用于偏心起爆式定向战斗部。提出爆轰波碰撞形成马赫反射是引起破片速度增益的主要原因,通过简化Whitham方法、结合Gurney速度公式得出定向战斗部定向区破片初速的计算方法以及定向区间的计算方法,较中心单点起爆式战斗部,定向区破片初速增益约34%,定向区大小约30°,为多点起爆方式在定向战斗部的研究提供理论支持。分析起爆点位置对定向区的影响以及起爆点数对破片速度的影响,得到了合理的起爆点位置和起爆点数选择标准。研究结果表明多点起爆方式也明显提升了定向战斗部的毁伤能力。

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