3.2  数值模拟研究

针对Φ100mm装药口径的成形装药战斗部，我们采用如下图所示的成型装药结构，装药高度为zy，药型罩是弧锥结合形结构，弧度半径为R，锥角为2θ；炸药为8701高能炸药，壳体为尼龙，忽略其影响。

图3. 1 成型装药战斗部

由教研室中已有的基准弹相关数据，按口径同比例缩放各项数据，得到尾裙式EFP成型装药结构最初的各项结构参数，分别为R=73mm，2θ=140°，zy=80mm。为了得到气动外形较好、气动性能较佳的尾裙式EFP，需要对尾裙的结构进行优化。同时，由于次口径结构的药型罩在被压垮的过程中受到的径向力较大，有利于尾裙的形成，所以采用次口径结构药型罩。另外，药型罩底端的厚度对EFP能否快速成型及尾裙的形成也有影响，所以需要对次口径药型罩结构边缘部分进行倒角处理。而且对于结构相同的药型罩，EFP速度也将受到药型罩厚度的影响。所以我们将主要分析药型罩的厚度、次口径药型罩半径、药型罩边缘厚度和边缘倒角。

3.2.1  仿真方案

本论文中研究的次口径药型罩形的成型装药结构如下图，主要研究不同次口径药型罩结构方案（即药型罩壁厚bt、药型罩半径r0、药型罩边缘厚度tt和倒角β）对EFP成型的影响。由于对于结构相同的药型罩，EFP速度随药型罩厚度增加而减小，故药型罩厚度bt取3.5-5.5 mm（每种方案增加0.5mm）；又由于随着药型罩直径的减小，导致药型罩质量损失，从而使EFP动能减小较低侵彻威力，因此将药型罩半径做较小的变化，取45-50 mm（每种方案增加1 mm）；药型罩的边缘厚度tt取1-4 mm（每种方法增加0.5 mm）；药型罩边缘倒角β取30°-60°（每种方案增加5°）。

图3.2 药型罩平面图

运用LS-DYNA数值仿真软件进行仿真，首先分析药型罩厚度bt对EFP成型的影响。

3.2.2  bt对EFP成型的影响

对于结构相同的药型罩，EFP速度随药型罩厚度增加而减小，故药型罩厚度变化范围为3.5mm到5.5mm。研究药型罩厚度对EFP成型的影响规律，并找出EFP成型性能最佳状态时的bt的值。我们选取EFP基本稳定的时刻，即200时的仿真结果进行分析，此时各个方案形成的EFP的头尾速度差都基本减为零。

仿真结果如下表：

表 3.1 不同bt下EFP的成型效果图（200μs）

bt/mm 3.5 4.0 4.5

EFP

bt/mm 5.0 5.5

EFP

由上表观察可得，当bt达到4.5mm时，EFP的长度不仅达到最大值，尾部也没有发生断裂现象。而当bt取其他值时，都发生了尾部断裂现象，这不仅减小了药型罩的利用率，还降低了EFP的着靶动能，使EFP的侵彻威力减弱。

分析上述五种方案，并采集数据，获得了各个方案下所形成的EFP的头尾部速度、长度和长径比，并绘制了这三个因素随药型罩壁厚bt的变化规律曲线。

(a)EFP头尾部速度变化曲线

(b)长度变化曲线                        (c) 长径比变化曲线

图3.3 EFP的成型参数随bt的变化曲线 （200μs）

上图为爆炸成形弹丸的成型参数随药型罩厚度bt的变化规律曲线。从图中可以发现，随着t的增大，EFP的长度L和长径比L/d都是先增加，当bt增加到4至4.5mm之间时，长度和长径比均达到最大值。但当bt=4mm时，尾部出现了一定程度的断裂。而且不难发现随着药型罩壁厚的增加，相应形成的EFP的速度也在减小。当bt大于4mm时，EFP的长度L和长径比L/d均随着药型罩的厚度bt的增大反而减小，形成的EFP的尾部也形成了不同程度断裂。为了得到飞行外形较好、飞行性能较佳的EFP，综合比较表3.1中EFP的成型形状和图3. 3中的成型参数，可以选取药型罩厚度bt为4.5mm。