大炸高下爆炸成型弹丸的试验研究

陈 奎，夏 平，李伟兵



大炸高下爆炸成型弹丸的试验研究

陈 奎1,2，夏 平1，李伟兵2

（1.苏州高等职业技术学校，江苏 苏州，215009；2. 南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室，江苏 南京，210094）

为进一步优化设计EFP战斗部，试验研究了3种不同药型罩壁厚的EFP战斗部在大炸高下的飞行稳定性能和侵彻威力情况，对比分析穿过纱网靶后留下的孔形及对装甲钢靶板的侵彻效果，并通过仿真计算进行验证。结果表明：药型罩壁厚为0.046D时形成的EFP不仅飞行稳定性好，且穿透了一定厚度的装甲钢靶板，试验结果与仿真结果吻合较好。

爆炸成型弹丸；飞行性能；侵彻威力；大炸高

EFP战斗部爆炸后，药型罩在爆轰压力的驱动下，挤压、翻转、拉伸成期望形状的侵彻体，并加速到2 000m/s左右的速度，可对炸高1 000倍装药直径范围内的装甲目标实施有效的毁伤，并可击穿厚度为1倍装药直径的装甲目标，为在远距离上攻击装甲车辆提供了可能。由于爆炸成型弹丸具有大炸高攻击目标、受反应装甲影响小、大穿孔和显著的后效作用以及系统成本较低等一系列优点[1]，使得EFP战斗部成为近几十年国内外的研究热点，而提高EFP战斗部的威力和作用距离仍是研究的重点。

为了最大限度地提高EFP的作用距离和侵彻威力，首先要求能够形成高初速、大质量的EFP，以确保其具有较大的初始动能；其次要保证形成的EFP具备有较好的气动性能和飞行稳定性能，即具有较强的存速能力和较好的散布水平，最终保证EFP对目标的命中和侵彻[2]。

本文针对一种单点起爆方式下大炸高完成大威力侵彻的EFP战斗部，试验研究了3种不同药型罩壁厚的EFP战斗部在大炸高下的飞行性能和侵彻威力，考察在现有的设计水平下，EFP的飞行特性以及侵彻威力，并为进一步优化设计EFP战斗部提供参考。

1 爆炸成型弹丸的飞行试验

1.1 试验方案

前期对船尾形装药结构[3]及弧锥结合罩结构参数[4]（见图1（a））对爆炸成型弹丸成型的影响规律做了大量的研究，基于研究结果设计了3种方案的成型装药结构，从而进行EFP大炸高飞行试验研究。其中药型罩锥角2和弧度半径保持不变，壁厚分别为0.042D（方案A）、0.046D（方案B）和0.052D（方案C），装药直径D为100mm，装药高度为0.9D，炸药为8701，壳体为45#钢，其厚度为0.05D。成型装药采用装药端面中心点起爆形成尾裙型EFP，试验装置如图1（b）所示。为了获得不同壁厚的药型罩结构对EFP飞行稳定性的影响，采用纱网获得EFP成型形状及飞行姿态，用高速摄影获得EFP飞行过程并计算成型速度，同时完成对装甲钢板的侵彻，上述每一方案进行了2次试验。试验布置图如图2所示。

图1 成型装药结构示意图及试验中的成型装药

图2 靶场布置

1.2 试验结果及分析

试验中采用纱网靶的目的是为了捕获EFP穿过时留下的孔型，由此来判断EFP的完整性、成型形状以及飞行稳定性。如果EFP完整，则每1发EFP在纱网靶上只留下1个穿孔，如果穿孔不唯一，说明了EFP在飞行中发生断裂；如果每个纱网靶上的穿孔比较接近圆形，说明EFP飞行稳定，而如果孔型形态各异，则说明了EFP在飞行过程中发生了翻滚，飞行不稳定。选取上述6次试验中具有代表性的试验，统计其结果并记录，见表1。表1中数据表示为EFP战斗部穿过纱网并在其上留下的平均孔径大小。

表1 纱网经EFP穿过的孔径平均值 (mm)

Tab.1 The average value of holes after EFP through grid targets

对已有的4组试验结果进行分析可以得知，对于同一发试验来说，EFP在纱网靶板上留下的平均孔径变化很小，近乎可以忽略其变化；比较试验2、3和4可得，不同壁厚药型罩形成的EFP在纱网上留下的孔径大小与药型罩壁厚有关，药型罩的壁厚越厚纱网上的孔径越大；再比较试验2和5，可以得出由相同壁厚的药型罩压垮成型的EFP穿透纱网的孔径大小基本没有变化，说明两次试验中EFP的成型形态相差较小，本次试验所加工的成型装药质量较好。

试验2、3和4形成的EFP穿过纱网靶板并在其上留下的孔形效果如图3所示。

图3 纱网经EFP穿过后的孔型

从图3中纱网孔形可以看出，EFP在飞行过程中发生了旋转，由于所设计的成型装药带有壳体，因此在药型罩压垮形成EFP过程中壳体形成的破片向四周飞散，导致每次试验中的前两个纱网的孔形都呈现不规则形状，而越靠后的纱网，其孔形越接近圆形。从表1中纱网经EFP穿过后的孔径平均值和图3中纱网的孔形得出，本次试验所设计的3种成型装药结构所形成的EFP成型形态均较好，适宜远距离飞行。通过比较图3中（a）、（b）、（c）3幅图，发现当药型罩壁厚为0.042D（方案A）时，形成的EFP在飞行中发生了明显的旋转现象；当药型罩壁厚达到0.046D时，EFP的飞行趋于稳定；当药型罩壁厚达到0.052D时，形成的EFP飞行较稳定，但是EFP的直径明显增大，成型速度大大降低，不利于实现大侵深。综合比较后得出壁厚为0.046D（方案B）的药型罩形成的EFP在成型形态和成型速度方面最优。

2 大炸高下爆炸成型弹丸的侵彻试验

2.1 试验布置

爆炸成型弹丸（EFP）在侵彻装甲机理上与穿甲弹有相似之处，都是利用动能侵彻使装甲板洞穿，产生冲塞体，并伴有大量装甲碎片崩落；不同之处在于侵彻过程中EFP本身变形较大并伴随着弹体材料的侵蚀。采用设计的3种壁厚药型罩的成型装药结构，在大炸高下对一定厚度的装甲钢靶进行侵彻试验，以此来验证所设计的成型装药形成的EFP能否达到预定的侵彻威力要求。为了使EFP在大炸高下能够击中靶板，试验中选用了水平仪来调整EFP战斗部相对于靶板的位置。

2.2 试验结果与分析

将试验得到的结果列于表2中。

表2 EFP侵彻装甲钢靶试验结果

Tab.2 Test results of EFP penetrating armor steel target

注：序号1试验失败。

从表2中可以看出，虽然壁厚为0.042D（方案A）的药型罩形成的EFP速度最大，穿深较大且大于靶板厚度，但由于其在着靶前发生了断裂，因此没有贯穿装甲钢靶，仅使装甲钢靶的背面发生了严重变形；壁厚为0.052D（方案C）的药型罩形成的EFP成型形态最好，入孔孔径也最大，但由于其着靶速度较低，侵彻深度最小，因此也没有穿透试验中的装甲钢靶板；而壁厚为0.046D（方案B）的药型罩形成的EFP着靶速度适中，成型形状也较好，因此在2次试验中均穿透了装甲钢靶板，并获得了较大的冲塞体。典型方案下侵彻后的靶板孔形如图4所示。

图4 典型的侵彻后装甲钢靶的孔形

2.3 仿真结果与试验结果对比

采用有限元软件对方案B（药型罩壁厚为0.046D）的成型装药所形成的EFP侵彻一定厚度的装甲钢靶进行数值模拟。方案B侵彻装甲钢的仿真模型如图5（a）所示，由于侵彻计算采用三维模型计算量较大，因此此处采用二维模型来计算EFP侵彻装甲钢。仿真获得了EFP在侵彻靶板前的成型速度为2 261m/s，长度为80mm。侵彻结束后，靶板后效图见图5（b），仿真结果和试验结果的比较列于表3中，其中试验结果为两次试验的平均值。

图5 EFP侵彻装甲钢模型及侵彻结果

通过比较表3中的仿真结果和试验结果，可得知数值模拟结果与试验结果吻合较好，说明仿真计算能反映EFP的成型和侵彻装甲钢靶板的过程，因此可以采用数值仿真的方法来进行EFP战斗部结构的设计和模拟EFP对装甲钢靶板的侵彻。

表3 仿真结果与试验结果的比较

Tab.3 Comparison results of simulation and test

3 结论

（1）试验研究了3种壁厚（0.042D、0.046D和0.052D）药型罩结构形成的EFP在大炸高下的飞行稳定性能和侵彻威力情况，通过分析EFP穿过纱网靶留下的孔形和对装甲钢靶板的侵彻结果，获得了壁厚为0.046D的药型罩结构形成EFP飞行稳定性较好，且在大炸高下穿透了一定厚度的装甲钢靶板。

（2）采用有限元软件对EFP侵彻装甲钢靶进行了数值模拟，数值模拟结果与试验结果吻合较好，因此可以采用数值仿真的方法来进行EFP战斗部结构的设计，以及模拟EFP对装甲钢靶板的侵彻。试验结果和仿真数据可为EFP战斗部的应用提供参考数据，并进一步指导EFP战斗部结构的优化设计。

[1] 李伟兵.多模式EFP成型及侵彻机理研究[D]. 南京:南京理工大学, 2010.

[2] 杨绍卿.灵巧弹药工程[M].北京:国防工业出版社, 2010.

[3] Weibing Li, Xiaoming Wang, Wenbin Li, et al. Research on the optimum length-diameter ratio of the charge of a multi- mode warhead [J]. Shock Waves, 2012,22(3): 265-274.

[4] Li Wei-bing, Wang Xiao-ming, Li Wen-bin. Design optimi- zation of the configuration parameters of multimode warhead[C]//25th International Symposium on Ballistics. China, Beijing, 2010.

Experimental Research on Performance of EFP at Large Stand-off Distance

CHEN Kui1,2，XIA Ping1，LI Wei-bing2

(1.Suzhou Higher Vocational School, Suzhou，215009；2.ZNDY of Ministerial Key Laboratory, Nanjing University of Science and Technology，Nanjing，210094)

Aiming at flight characteristics and penetration property of EFPs at large stand-off distance，experiments were carried out with different liner thickness of EFP warhead. A serial of grid targets are used in the flight trajectory to investigate the flight characteristics of the EFPs, and a suitable thickness armor steel target at the end of the trajectory is used to investigate the penetration property of the EFPs．Meanwhile, the simulation calculation was carried out to verify the test result. The results showed that when the thickness of liner is 0.046 times of charge diameter , both the flight characteristics and penetration property of the EFP is best, and the test result is accordant with the simulation result well．

Explosively formed projectile；Flight characteristics；Penetration property；Large stand-off distance

TJ410.3+33

A

1003-1480（2014）06-0005-04

2014-07-23

陈奎（1987-），男，在读硕士研究生，主要从事战斗部设计及目标毁伤技术研究。

国家自然科学基金资助项目（11202103）。