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横向效应增强型侵彻体作用机理研究

朱建生  
【摘要】: 横向效应增强型侵彻体(PELE)是一种不需要装填炸药和引信,却同时具有穿甲弹和榴弹功能的新型毁伤元。它由后端封闭的高密度外壳和低密度弹芯组成,外壳具有良好的侵彻性能,而弹芯的侵彻性能相对较弱。PELE击中目标后,弹芯被挤压在外壳和弹坑底之间,不断升高的压力使周围的外壳膨胀,并对靶板扩孔。PELE穿透靶板后,外壳和弹芯中的应力立即卸载,外壳沿径向分解成大量破片。作为一种新概念毁伤元,PELE主要用于防空、反导、反地面和海面轻型装甲以及城市作战中穿墙凿洞等领域,在穿透靶板后外壳分解为大量破片,对靶后目标实现有效毁伤。它的研究对克服现有弹药功能单一的缺点,实现点、面高效毁伤,具有重要的理论价值与指导意义。 本文采用理论分析、数值仿真与实验研究相结合的方法,对PELE的作用机理,尤其对影响PELE横向效应的因素进行了系统的研究,为PELE的设计和改进提供了理论依据和技术支持。本文的主要研究内容包括: 1)研究了PELE垂直侵彻金属薄靶靶后破片速度。建立了PELE垂直贯穿金属薄靶后轴向剩余速度和破片径向速度的理论模型,详细地描述了PELE横向效应产生的机理,给出了PELE横向效应和各参量之间的关系;建立了PELE垂直侵彻金属薄靶的有限元模型并进行了数值仿真计算,得到了侵彻过程的物理图像;通过实验的方法对PELE垂直侵彻靶板进行了研究并验证了理论分析模型和数值计算结果。 2)研究了弹靶参数对PELE横向效应的影响。研究结果表明,外壳的压拉强度比和密度以及装填材料的泊松比和弹性模量对PELE横向效应产生重要影响;长径比在3~5范围内,内外径比在0.5~0.7范围内取值时,PELE能较好地发挥作用;随着着靶速度的提高,PELE穿靶后的轴向剩余速度逐渐增大,破片径向速度呈先增大后减小再增大的趋势,而随着攻角的增大,横向效应逐渐削弱;在靶板由薄变厚的过程中,横向效应呈先增强后减弱的变化趋势; 3)研究了PELE斜侵彻靶板的作用机理及影响因素。对PELE斜侵彻薄靶和有限厚靶进行了理论分析,描述了PELE斜侵彻靶板时的动态响应,并对影响作用效果的因素进行了分析讨论;通过实验的方法对以上理论分析和数值计算结果进行了验证,理论分析、数值仿真及实验结果三者之间吻合较好。 4)研究了PELE垂直侵彻有限厚混凝土靶的作用过程。在对弹-靶作用过程受力分析的基础上,建立了PELE垂直侵彻有限厚混凝土靶的三阶段理论模型,得出了PELE穿透靶板后的穿孔形状、入口直径以及出口直径公式。对PELE垂直侵彻有限厚混凝土靶进行了实验研究,实验结果与理论分析结果趋势基本吻合。


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