作者：张毅
本文就主要对靶板的运动对射流侵彻的影响进行了分析，通过理论分析和ANSYS/LS-DYNA仿真计算分析了靶板运动速度对射流穿深和稳定性及射流破甲威力的影响。
1 靶板运动对聚能射流的影响
靶板运动速度对射流破甲威力的影响主要表现在靶板对射流的横向剪切力矩。相对于静止靶板，运动靶板的剪切力矩会使射流发生严重的弯曲、偏转、变形，导致射流的断裂和分散。随着靶板速度的增加，靶板剪切力矩的影响也逐渐增大，干扰影响也趋于明显，射流变形越剧烈，对其后续侵彻能力也将产生越大的影响。
运动靶板对射流的干扰影响还体现在对射流能量的无效消耗上。在对静止靶板的侵彻过程中，射流只在轴向方向上侵彻消耗能量，形成近似笔直的侵彻孔；而对运动靶板的侵彻，射流要受到靶板运动带来的横向作用，浪费射流能量，扩大侵彻孔径，形成一个类似于槽型的侵彻孔。并且随着靶板运动速度的增加，槽型孔的宽度增大，消耗射流能力也越大。
2材料模型及参数的确定
在仿真计算中，本文主要建立药型罩、主装药、壳体、空气和目标靶板五种材料的破甲战斗部有限元模型，调整适宜的网格密度，设置恰当的边界约束（空气域无反射边界约束），使用正确的算法（ALE算法），确保计算结果准确。在数值计算过程中，材料模型以及材料各参数的选取直接影响到计算结果的准确性和精确性，一些重要参数值已经通过试验确定。
2.1 靶板参数的确定
2.1.1 靶板材料与厚度的确定
本文以美军著名的BLU-113/B钻地弹为目标建立模型，按照深侵彻战斗部的壁厚来确定靶板的厚度。BLU-113/B钻地弹侵彻战斗部使用的弹体材料为HP9-4-20合金钢，抗拉强度为1 380 MPa，壳体厚度为1. 75英寸(44. 45 mm)。等效靶板为45钢，其抗拉强度为685 MPa;原靶板为合金钢，其抗拉强度为1 380 MPa，厚度为44. 45 mm。本文等效近似是按照强度等效的原则，主要是将任意材料的部件换算成具有一定厚度等效材料的靶板。其近似等效公式表示为：
其中：h为等效靶板的厚度；ho为原靶板的厚度；d．，为原靶板的强度极限；d为等效靶板的强度极限。
将相关参数代入公式(1)，得到等效靶板的厚度为88.9 mm。由于当前钻地弹的壁厚有越来越大的趋势，为了保证射流在任何情况下都能够击穿钻地弹的弹体，本文对等效靶板的厚度进行适当的增加，使用了100 mm厚度的45钢。
2.1.2靶板速度的确定
BLU-113/B侵彻战斗部撞击地面的速度为600m/s～800 m／s，考虑到深侵彻战斗部撞击地面的速度受到天气等因素的影响，一般不会达到其撞击地面的最高速度，故将目标的速度范围定为400 m／s～800 m／s。为了便于建模计算，本文将对靶板速度为400 m/s、500 m／s、600 m/-s、700 m／s、800 m／s五种情况进行仿真计算。
2.2 其他参数的确定
综合安全、成本、制作工艺等因素，仿真中选取一种最为常见的炸药即B炸药（参数见表1）。材料模型为:HIGH _EXPL()SIVE _BURN。
在炸高的选择中，通常都是选择有利炸高的上限，这样既能保证破甲深度，又可减轻弹重。有利炸高随药型罩锥角的增加而增加，对于一般常用药型罩，有利炸高是罩底直径的2倍～3倍，本文选取炸高为3倍的罩底直径。
药型罩是形成金属射流的关键部位，本文选用的药型罩材料为紫铜，材料模型为：JOHNSON_COOK,状态方程为：GRUNEISEN。本文选择110。锥角的药型罩战斗部，这种药型罩形成的射流既有小锥角射流的高速特性，又有大锥角射流的高稳定性特性，同时可以满足抵御靶板速度对其的剪切干扰和侵彻大壁厚的要求。
3仿真模型及计算方案
3.1 弹目交汇条件的确定
为了使钻地弹对靶板有最大的侵彻效果，要使钻地弹尽量垂直地攻击目标。拦截钻地弹通常是由地面的高射炮发射破甲弹，其理论上，高炮发射破甲弹的速度与钻地弹弹体轴线的夹角理论上为30。～60。。但在实际打靶中，弹目夹角为45。是最为常见的情况。而本文研究的重点是药型罩对运动体的侵彻，弹目交汇条件的变化不是研究重点，故而本文的弹目交汇就选择在实际中最为常见的45。。
3.2有限元模型的建立
若建立整个弹体模型，则数值计算量非常大，浪费不必要的人力和物力，因此将钻地弹弹体的圆柱部简化为100 mm的平面厚靶板，取其一段以缩小数值计算量，并建立等效模型。结合真实弹目交汇条件，本文在以前简化模型的基础上，赋予靶板一定初速和倾角。
图1为战斗部侵彻高速运动靶板的结构简化模型。其中2a为药型罩锥角，v为运动靶板速度。考虑到战斗部和目标靶板结构的轴对称性，简化模型为二分之一模型，主装药、药型罩和空气设置多物质ALE算法，采用Euler网格建模，靶板和壳体采用Lagrange网格建模，并且各材料之间使用耦合算法。
4仿真结果分析
为了分析研究在入射角45。的情况下，110。锥角的药型罩战斗部侵彻体对运动靶板的侵彻影响，下面将靶板速度取为400 m/s、500 m/s、600 m／s、700 m/s、800 m／s五种情况进行动态斜侵彻分析仿真计算。对仿真结果数据主要从侵彻过程、侵彻孔、后效作用三方面进行分析。
文中所使用到的主要参数符号、解释及单位制如下：v(m/s)为运动靶板速度；2a(。)为药型罩锥角；u，。。。( m/s)为侵彻前射流头部速度；u，。(m/s)为侵彻后射流头部速度轴向分量；v，( m/s)为侵彻后射流头部速度，由射流侵彻后剩余轴向速度vjz和射流受高速运动靶干扰后附加给射流的径向速度ujx合成；T（uS）为侵彻时间；D(cm)为入口长度；V(cm3)为通孔体积；d，(mm)为侵彻后射流头部直径；vfd，(m3／S2)为侵彻后射流能量。射流侵彻不同速度运动靶数据见表2。
4.1 侵彻过程分析
图2为110。锥角药型罩战斗部对不同速度的运动靶板侵彻分析图。
从图2中可以明显看出，运动靶板对射流侵彻体的影响主要表现在其对射流侵彻体的横向扰动作用，在射流侵彻过程中，由于受到运动靶板的横向扰动干扰，导致射流变形弯曲，并在侵彻孔内左右摆动，使射流侵彻体失稳，从而降低破甲能力。在药型罩锥角一定的情况下，随着靶板的速度不断增大，射流受到的横向扰动也越大，射流侵彻弯曲的越厉害，破甲效果越差。
4.2侵彻数据分析
4.2.1侵彻孔分析
图3为靶板侵彻后的示意图。其中入口长度和通孔体积为衡量射流性能、侵彻效果的重要参数。
从表2中可以看出，侵彻后靶板表面入口长度D受外界干扰较大，v=400 m／s时D=6.06 cm，v=800m/s时D-7. 97 cm，D增大了1.91 cm，增幅达到31. 6%，当药型罩锥角一定时，随着靶板速度的不断增大，人口长度D也不断增大，说明靶板的速度增大，产生的横向力矩也增大，其对射流的干扰也越大，导致人口长度增大；同时v-400 m/s时通孔体积V=30. 94 cm3，v=800 m／s时V=47. 699 cm3，V变化了16. 753 cm3，增幅达到54.1%，当药型罩锥角一定时，随着靶板的速度增大，通孔体积V不断增大，说明靶板运动带来的扰动越大，射流在内部的弯曲变形越厉害，对射流侵彻效果影响越大。
4.2.2 侵彻时间分析
从表2中看出药型罩锥角110。时，对不同速度靶板的侵彻时间只变化了4us，说明其形成的射流稳定性比较好，受干扰性比较强。
4.2.3射流头部轴向速度影响
当药型罩锥角一定时，随着运动靶板速度u的增大，射流头部轴向速度v。逐渐递减。这是因为，随着运动靶板速度v的增加，射流受到运动靶板的横向干扰影响越来越大，射流需要消耗更多的能量来抵御干扰，因此，射流头部轴向速度v，：逐渐递减，射流侵彻能力越来越低，相应地射流的破甲能力也降低。
4.2.4侵彻后效作用分析
本文研究的最终目的是射流侵彻运动靶板后，引爆其后的装药，因此分析运动靶对射流侵彻后的头部直径dj（如图4所示）和速度的干扰很有必要。参照表2发现侵彻后射流能量均大于B炸药的临界值16×103m3／S2，说明侵彻后射流仍然具有一定的侵彻能力，对深侵彻弹弹体后面的炸药与器件具有侵彻能力。
通过对比发现当药型罩的锥角一定时，随着靶板速度的不断增大，靶板的运动给射流带来消耗增大，侵彻后射流能量不断减小，射流的能量降低，剩余射流的侵彻效果变差。
5结论
外界条件的干扰，即运动体对破甲射流横向扰动的影响，主要表现为破坏了射流中部低速段的稳定性，使射流发生严重的弯曲变形，导致破甲威力降低，当药型罩锥角一定时，随着运动靶板速度的增加，侵彻后射流头部轴向速度逐渐递减，干扰影响越来越大，侵彻效果越来越差。
6摘要：以靶板的运动对侵彻效果的影响为重点，利用ANSYS／LS-DYNA有限元分析软件进行仿真计算，着重分析了同一射流对靶板不同运动速度下的侵彻情况。
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