串联战斗部前级爆轰对后级聚能侵彻体成型的影响(3)
1.2.2 国内串联战斗部研究现状
1.2.3 串联战斗部的发展趋势
1.3 本文的研究目的、方法和主要内容
本文的研究目的是对串联聚能装药战斗部的作用过程进行研究，分析串联战斗部前级聚能装药爆轰对后级聚能侵彻体成型过程的影响，对两级装药间距、后级延迟起爆时间等影响因素进行了研究。建立了最佳延迟时间与间距之间的匹配关系模型，得到了串联战斗部前级聚能装药爆轰对后级聚能侵彻体成型规律，为串联聚能装药战斗部的设计和改进提供了理论依据和技术支持。
本文采用理论分析、数值模拟相结合的方法对串联聚能装药战斗部进行研究，主要研究内容包括：
第一章为绪论部分。主要介绍本文研究的背景和意义，论述国内外串联战斗部及其相关弹药的研究现状和发展趋势，最后阐明本文的研究目的、采用的方法和主要研究内容。
第二章为聚能侵彻体成型理论。主要介绍了PER理论和药型罩压垮过程，射流的形成。
第三章为聚能装药及其仿真模型。主要介绍软件LS-DYAN和串联聚能装药的结构设计及其仿真模型、材料参数的选取以及单级聚能侵彻体的仿真成型过程。
第四章为前级爆轰场对后级聚能侵彻体成型的影响。介绍了装药在空气中爆炸冲击波的初始参数并实例计算，将数值模拟得到的结果进行统计分析。
第五章为串联战斗部对靶板的侵彻研究。分别进行了前后两个单级的聚能装药侵彻装甲钢靶板及串联聚能装药侵彻装甲钢靶板的仿真，对比了仿真结果。
2 聚能侵彻体成型理论分析
早在一百年前，人们就已发现，在如图2.1所示的 和 炸药装药对比试验中，有锥形凹槽的装药 爆炸后，在钢板上炸出的凹坑反而比炸药量较多的装药 的炸坑还深一些。直到第二次世界大战前又发现，在炸药凹槽中再加一金属衬（图 ）以及适当控制其到钢板的距离（称其为炸高，见图 ），还能显著地提高装药的穿透能力。这种金属衬通常称为药型罩，其形状多为圆锥形，一般采用紫铜制成。这种带有凹槽的装药能提高其爆炸作用性能的现象称为聚能现象[11] 。
在第二次世界大战初期，这一原理已应用于弹药设计，出现了聚能破甲弹。这种聚能装药结构目前广泛应用于反坦克、反装甲的各种导弹、炮弹、地雷以及侵彻各种坚硬工事的弹药上。
图2.1 聚能效应实验
对聚能现象可以作以下的解释：炸药爆炸后，其爆轰产物在高温高压下基本是沿炸药表面的法线方向向外飞散的。因此，带凹槽的装药在引爆后，在凹槽轴线上会出现一股汇聚的、速度和压强都很高的爆炸产物流，在一定范围内使炸药爆炸释放出来的化学能集中起来，即出现了聚能效应。
当装药凹槽表面衬上一个药型罩时，装药爆轰后，凹槽附近炸药爆炸的能量就传递给了药型罩，使药型罩以2000~3000 左右的速度向轴线运动汇合（这一运动过程通常称为压垮或闭合）。药型罩在闭合后，产生一速度更高（7000~9000 左右）的细长金属杆，称为金属射流或金属流；药型罩的其余金属材料则成为一段速度较低（500~1000 左右）、直径较粗的金属体跟在射流之后，常称其为杵体。
2.1 成型装药基本理论
聚能装药的成型研究国内外大都采用理论和实验相结合的方法。1948年Birkhoff等人根据爆轰波的压力远远大于药型罩的强度，将药型罩处理成无粘性的流体，建立了在定常、不可压缩流体动力学基础上的聚能装药成型理论。该理论所预报的射流长度是常数，等于药型罩的母线长度。但是在实验中观察到，成型装药形成的射流有速度分布，射流头部速度比尾部速度快得多，这就引起射流的伸长并在后续运行过程中拉断。为了描述射流的速度梯度，Pugh等人对Birkhoff的理论进行了修正，称为非定常理论，该理论也是以流体动力学为基础，但药型罩各个单元的位置不同导致各个单元的压垮速度不同，并且压垮速度从药型罩顶部到口部连续降低，从而使得射流显著拉长。为了验证非定常理论的正确性，Echelberger和Pugh进行了大量的实验工作，证明了该理论的定量准确性。后来Bryan等人对成型装药采用放射性示踪技术，得到射流速度为其在药型罩上初始位置的函数，1962年，Allison和Vitali利用更精确的放射性示踪技术和更大口径的105 成型装药，在理论和实践之间获得了非常一致的结果。成型装药的形成过程涉及以下基本理论: