活性復合罩聚能裝藥侵徹增強行為
發(fā)布時間：2021-02-04 14:55
為解決傳統(tǒng)高聚物基活性罩聚能裝藥侵徹深度嚴重不足這一瓶頸性問題,提出了一種活性-銅復合罩聚能裝藥結(jié)構(gòu),并采用數(shù)值模擬和實驗相結(jié)合的方法,研究了活性-銅罩射流成形及侵徹鋼靶增強行為.仿真表明,內(nèi)層銅罩主要形成高速前驅(qū)射流首先侵徹鋼靶,活性材料外罩大部分形成杵體且可以隨進侵孔內(nèi)部.實驗結(jié)果表明,與傳統(tǒng)單一活性射流相比,活性-銅射流對鋼靶造成的侵深更大,且侵徹性能與進入侵孔內(nèi)的活性材料質(zhì)量顯著受炸高影響.實驗與仿真對比表明,活性材料的爆燃反應會導致侵徹過程提前終止,可能的機理是其化學反應在侵孔內(nèi)會形成超壓,造成銅射流嚴重失穩(wěn),致使剩余射流無法再繼續(xù)侵徹.
【文章來源】：北京理工大學學報. 2020,40(12)北大核心
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
不同炸高下活性-銅罩聚能裝藥侵徹鋼靶實驗圖片
從圖6可以看出,隨著炸高增加,侵徹深度先增加后減小,在炸高為2.5 CD時侵徹深度最大. 從機理上分析,隨炸高增加,一方面射流得到有效拉伸,有利于提高侵深;另一方面,炸高過大時,伸長后的射流會發(fā)生縮頸或斷裂現(xiàn)象,導致射流穩(wěn)定性降低,從而會降低侵徹深度. 與此同時,炸高越大,射流頭部碰靶需要的時間越長,而活性材料弛豫時間是一定的,從而造成相應的侵徹時間就越短,這也不利于射流侵徹. 從圖6還可以看出,當炸高從0.5 CD增加到3.0 CD時,進入侵孔內(nèi)的活性材料質(zhì)量逐漸減少,尤其是炸高為3.0 CD時,很大一部分活性材料都還沒有進入侵孔內(nèi),這十分不利于活性材料爆燃反應對目標內(nèi)部的毀傷增強效應. 綜上所述,活性-銅復合藥型罩聚能裝藥在1.0～1.5 CD炸高下,能夠充分發(fā)揮射流動能與化學能的聯(lián)合侵爆作用,保證在穿透目標防護靶板的同時讓更多的活性材料進入目標內(nèi)部,從而實現(xiàn)對目標毀傷增強.另外,從活性-銅射流對鋼靶的入孔直徑來看,炸高對第一塊鋼靶的入孔孔徑影響較小,平均入孔直徑約為0.53 CD,這比文獻[9]錐角為60°的單一銅射流的開孔直徑(0.39 CD)增大約35.9%,比鋁-銅射流的平均開孔孔徑(0.44 CD)增大約20.5%;而比文獻[11]錐角為55°的單一銅射流的開孔直徑(0.35 CD)增大約51.4%;與本文數(shù)值模擬開孔直徑的平均值0.46 CD相比,實驗增大了約15.2%. 由此可以說明,當藥型罩錐角相同時,活性-銅射流較之單一銅射流,開孔直徑有大幅提高,同時活性材料的爆燃反應會造成鋼靶的二次擴孔,尤其是在低炸高時這種爆燃擴孔效應會顯著增強. 這主要是因為,低炸高時,進入侵孔內(nèi)的活性材料質(zhì)量增多,導致爆燃反應產(chǎn)生更大的內(nèi)爆壓力,增強對鋼靶的二次擴孔效應.
活性材料的反應弛豫時間不僅受活性材料配方和材料組分粒徑的影響,還跟撞擊壓力或爆轟動態(tài)載荷成一定的反比關(guān)系[12],然而,對于給定的活性復合罩聚能裝藥結(jié)構(gòu),活性材料的反應弛豫時間為定值. 本實驗條件下,通過數(shù)值模擬和實驗結(jié)果對比,得到如圖7所示的不同炸高下侵徹深度與侵徹時間的關(guān)系曲線,其中τ指活性材料的反應弛豫時間. 根據(jù)上文所述,這種結(jié)構(gòu)活性材料藥型罩,它的反應弛豫時間約為140.5 μs,但是也可以看到當炸高為1.0 CD與2.5 CD時,實驗與數(shù)值模擬計算的值偏差比較大,這除了實驗本身的誤差外,主要是因為:低炸高時,活性材料碰靶的速度較大,同時活性材料碰靶的時間較早,活性材料與靶板的二次高速碰撞會加速聚合物PTFE的分解反應,及其與微米Al顆粒的氧化還原反應,從而導致活性材料的反應弛豫時間減小,故1.0 CD時實驗值比計算值要小一些,反之,炸高2.5 CD時實驗值比計算值大一些.從圖7中還可以看出,如果僅從侵徹深度考慮的話,活性材料反應弛豫時間對有利炸高還有影響,若弛豫時間為100 μs左右,則炸高為2.0 CD時侵徹深度最大. 這主要是因為:一方面,炸高越大,射流長徑比越大,越有利于侵徹;另一方面,大的炸高下,形成射流所用的時間較長,故射流侵徹靶板的時間減小,從而導致侵徹深度降低. 若弛豫時間大于120 μs,則活性-銅射流對鋼靶的最大侵徹深度出現(xiàn)在炸高為2.5 CD,這是因為弛豫時間較大時,射流侵徹靶板的時間比較充裕,射流長徑比較大的優(yōu)勢就凸顯出來了. 由此可見,對于活性材料所制成的復合藥型罩聚能裝藥,首先得從材料配方及聚能裝藥結(jié)構(gòu)方面實現(xiàn)對反應弛豫時間的控制,還需綜合考慮彈靶作用條件,從而充分利用金屬射流的動能和活性材料的化學能,提高對目標的毀傷效應.
本文編號：3018497
【文章來源】：北京理工大學學報. 2020,40(12)北大核心
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
不同炸高下活性-銅罩聚能裝藥侵徹鋼靶實驗圖片
從圖6可以看出,隨著炸高增加,侵徹深度先增加后減小,在炸高為2.5 CD時侵徹深度最大. 從機理上分析,隨炸高增加,一方面射流得到有效拉伸,有利于提高侵深;另一方面,炸高過大時,伸長后的射流會發(fā)生縮頸或斷裂現(xiàn)象,導致射流穩(wěn)定性降低,從而會降低侵徹深度. 與此同時,炸高越大,射流頭部碰靶需要的時間越長,而活性材料弛豫時間是一定的,從而造成相應的侵徹時間就越短,這也不利于射流侵徹. 從圖6還可以看出,當炸高從0.5 CD增加到3.0 CD時,進入侵孔內(nèi)的活性材料質(zhì)量逐漸減少,尤其是炸高為3.0 CD時,很大一部分活性材料都還沒有進入侵孔內(nèi),這十分不利于活性材料爆燃反應對目標內(nèi)部的毀傷增強效應. 綜上所述,活性-銅復合藥型罩聚能裝藥在1.0～1.5 CD炸高下,能夠充分發(fā)揮射流動能與化學能的聯(lián)合侵爆作用,保證在穿透目標防護靶板的同時讓更多的活性材料進入目標內(nèi)部,從而實現(xiàn)對目標毀傷增強.另外,從活性-銅射流對鋼靶的入孔直徑來看,炸高對第一塊鋼靶的入孔孔徑影響較小,平均入孔直徑約為0.53 CD,這比文獻[9]錐角為60°的單一銅射流的開孔直徑(0.39 CD)增大約35.9%,比鋁-銅射流的平均開孔孔徑(0.44 CD)增大約20.5%;而比文獻[11]錐角為55°的單一銅射流的開孔直徑(0.35 CD)增大約51.4%;與本文數(shù)值模擬開孔直徑的平均值0.46 CD相比,實驗增大了約15.2%. 由此可以說明,當藥型罩錐角相同時,活性-銅射流較之單一銅射流,開孔直徑有大幅提高,同時活性材料的爆燃反應會造成鋼靶的二次擴孔,尤其是在低炸高時這種爆燃擴孔效應會顯著增強. 這主要是因為,低炸高時,進入侵孔內(nèi)的活性材料質(zhì)量增多,導致爆燃反應產(chǎn)生更大的內(nèi)爆壓力,增強對鋼靶的二次擴孔效應.
活性材料的反應弛豫時間不僅受活性材料配方和材料組分粒徑的影響,還跟撞擊壓力或爆轟動態(tài)載荷成一定的反比關(guān)系[12],然而,對于給定的活性復合罩聚能裝藥結(jié)構(gòu),活性材料的反應弛豫時間為定值. 本實驗條件下,通過數(shù)值模擬和實驗結(jié)果對比,得到如圖7所示的不同炸高下侵徹深度與侵徹時間的關(guān)系曲線,其中τ指活性材料的反應弛豫時間. 根據(jù)上文所述,這種結(jié)構(gòu)活性材料藥型罩,它的反應弛豫時間約為140.5 μs,但是也可以看到當炸高為1.0 CD與2.5 CD時,實驗與數(shù)值模擬計算的值偏差比較大,這除了實驗本身的誤差外,主要是因為:低炸高時,活性材料碰靶的速度較大,同時活性材料碰靶的時間較早,活性材料與靶板的二次高速碰撞會加速聚合物PTFE的分解反應,及其與微米Al顆粒的氧化還原反應,從而導致活性材料的反應弛豫時間減小,故1.0 CD時實驗值比計算值要小一些,反之,炸高2.5 CD時實驗值比計算值大一些.從圖7中還可以看出,如果僅從侵徹深度考慮的話,活性材料反應弛豫時間對有利炸高還有影響,若弛豫時間為100 μs左右,則炸高為2.0 CD時侵徹深度最大. 這主要是因為:一方面,炸高越大,射流長徑比越大,越有利于侵徹;另一方面,大的炸高下,形成射流所用的時間較長,故射流侵徹靶板的時間減小,從而導致侵徹深度降低. 若弛豫時間大于120 μs,則活性-銅射流對鋼靶的最大侵徹深度出現(xiàn)在炸高為2.5 CD,這是因為弛豫時間較大時,射流侵徹靶板的時間比較充裕,射流長徑比較大的優(yōu)勢就凸顯出來了. 由此可見,對于活性材料所制成的復合藥型罩聚能裝藥,首先得從材料配方及聚能裝藥結(jié)構(gòu)方面實現(xiàn)對反應弛豫時間的控制,還需綜合考慮彈靶作用條件,從而充分利用金屬射流的動能和活性材料的化學能,提高對目標的毀傷效應.
本文編號：3018497
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