一种起爆点位置偏差对射流性能影响的数值模拟

作者：张毅

  伴随着各种制导武器的迅猛发展，空袭和防空作战在现代战争中的地位越来越重要，而将敌方各种来袭导弹成功拦截和击毁于未达目标之前，已成为各国掌控制空权的共识，所以反导技术愈来愈成为各国研究的焦点内容。

  如何在不改变战斗部总体质量又能保证制导要求的前提下提高反导战斗部的毁伤效能成为当前国内外学者与研究人员最关注且急需解决的问题。由于聚能射流具有高温、高速、侵彻能力强等优点，射流的速度以及穿透能力远远优于破片，因此采用射流侵彻并引爆导弹战斗部将会使反导效率明显提高。射流的形成过程是一个多因素相互作用的过程，其中任何一部分都能形成一定的误差，从而影响射流的稳定性。引信装配或多或少存在的一些偏差，称为起爆点位置偏差，本文利用LS-DYNA软件进行模拟仿真，得到起爆点位置偏差对射流形成的影响。

1等效靶板模型参数的确定

  本文所研究的导弹的等效靶板是以美军的BLU-113/B动能深侵彻钻地战斗部为基础，参考其实际参数从而得到与之等效的靶板模型。靶板材料常用45#普通钢。

1.1等效靶板的速度

  美军装备较为常用的侵彻战斗部速度范围为300m/s～700 m/s。本文选取500 m/s。

1.2  等效靶板的厚度

  本文等效靶板为45#钢，其抗拉强度为685 MPa，厚度为100 mm。

1.3  等效靶板的入射角

  由于相对于一般情况的45。入射角度30。适当地提升了射流侵彻靶板的实际厚度，能更清楚地反映射流后期侵彻靶板的情况，本文选取的入射角度为30。。

2  战斗部模型的建立及计算方案

2.1  战斗部模型的建立

战斗部装药结构几何模型如图1所示，其采用@90 mm口径、110。大锥角的破甲战斗部。该结构不仅有利于形成较高速的侵彻体，而且其直径相对小锥角药形罩所形成的射流直径大，以便抵抗弹体速度对其横向干扰的影响。

2.2  数值计算方案

  在实际应用中，起爆点的位置不可能在装药的绝对对称中心。设起爆点位置偏差为a，本文分别选取a为-1 mm、-0.5 mm、0、0.5 mm、1 mm（负号表示与靶板运动方向相反）进行分析。

3数值模拟结果分析

  为了研究误差对战斗部侵彻体运动靶板的侵彻影响，本文针对起爆点偏差进行斜侵彻分析仿真。射流分析主要以接触靶板前射流头部轴向速度u：( m/s)、射流头部径向速度v。( m/s)和射流头部偏移量w(cm)为分析依据；侵彻结果分析以侵彻时间t(Us)、侵彻后射流头部轴向速度vx：( m/s)和径向速度v7。(m/s)、上滑槽宽度D1(cm)、下滑槽宽度D2( cm)和滑槽体积V (cm3)等作为主要分析依据。

3.1  爆轰波形分析

炸药爆炸后4us时形成的爆轰波如图2所示。由图2可以看出，起爆点位置的不同，直接导致爆轰波J中心位置的偏移，形成了对药型罩挤压作用力的不均匀，从而影响到射流的质量。

3.2射流分析

射流将要接触靶板时（72uS时刻）的射流形态如图3所示，vzv，和w三者与a的关系如图4所示。由图4可以看出，当a<0时，射流头部有向右偏的趋势，形成向右的径向速度；当a>0时，射流头部有向左偏的趋势，形成一个向左的径向速度；而且，无论起爆点是向左偏移还是向右偏移，其射流的头部轴向速度都有一定的衰减，相对应的径向速度随着偏移量的增加而增加。

3.3侵彻结果分析

vz、vx、D1、D2、V、f（侵彻时间）与a的关系如图5所示，不同a所对应的射流侵彻靶板后的透孔状态如图6所示。从图5和图6可以看出，当a<0时，侵彻所需要的时间要高于对应a>0时所花的时间；当a<0时，射流的轴向速度高于对应a>0时的轴向速度；当a<0时，所造成的滑槽宽度均大于对应a>O时的滑槽宽度；当a<0时，所造成的滑槽体积大于对应a>0时的滑槽体积。

4结论

通过对起爆点误差5种方案的模拟仿真，可以清晰地得出如下结论：起爆点位置越靠近中心，其射流的性能保存得越好，侵彻能力较好，相反，起爆点位置越偏离中心，爆轰波形中心的偏移越大，致使所形成的射流有一定的径向速度，当径向速度和靶板速度方向一致时，在径向方向上，相对靶板的速度减小，导致射流后期的侵彻能力下降，穿透靶板所花的时间较长，滑槽宽度就越大，造成滑槽体积相对较大，对靶板的损坏就越明显；而当径向速度与靶板速度方向相反时，在径向方向上，相对靶板的速度增加，导致射流穿透靶板所花的时间相对较短，滑槽宽度相对较小，滑槽体积也就相对较小，对靶板的损坏就越不明显，射流的剩余速度保存得相对较好。

5摘要：利用LS-DYNA软件仿真分析了起爆点偏差对射流侵彻等效斜靶的影响。分析结果表明：以靶板运动方向为正，当起爆点偏移量为负时，射流头部会形成一个向右的偏移量和径向速度，与靶板的运动方向一致，导致射流后期的侵彻能力下降，穿透靶板的时间较长，造成的滑槽宽度和体积偏大，对导弹的稳定性造成一定的破坏；当起爆点偏移量为正时，射流头部会形成一个向左的偏移量和径向速度，与靶板的运动方向相反，造成的滑槽宽度和体积也就相对较小，对靶板的损坏就不算明显，但射流剩余轴向速度保存得相对较好，为引爆炸药打下了基础。