彈體入水特性及不同介質(zhì)中金屬靶的抗侵徹性能研究.pdf

1、自身不帶動(dòng)力且發(fā)射后在水中產(chǎn)生自然超空泡并利用本身動(dòng)能或自帶炸藥摧毀目標(biāo)的武器為超空泡射彈,作為20世紀(jì)末出現(xiàn)的一種新型水下防御型武器,其技術(shù)基礎(chǔ)源于超空泡減阻原理。超空泡射彈從發(fā)射到侵徹水中目標(biāo),需要經(jīng)歷撞水、侵水、流場(chǎng)流動(dòng)等階段以及會(huì)出現(xiàn)空泡形成擴(kuò)展?jié)⑸⒌戎T多短暫、變化激烈而又復(fù)雜的物理現(xiàn)象,而這些現(xiàn)象又會(huì)對(duì)彈體在水下運(yùn)動(dòng)時(shí)的彈道穩(wěn)定及侵徹靶體能力等有著重要的影響,研究各個(gè)過程中的這些物理問題對(duì)于研制開發(fā)水中兵器有至關(guān)重要的軍事意義

2、;同時(shí)隨著現(xiàn)代海上威脅活動(dòng)的日趨頻繁,各國對(duì)海洋平臺(tái)、水上艦船及水下潛艇等結(jié)構(gòu)的抗侵徹能力的研究需求日益迫切,但相對(duì)為數(shù)眾多的空氣中的穿甲研究,彈體侵徹水介質(zhì)環(huán)境下的金屬靶的研究資料無論在數(shù)量上和深度上都相當(dāng)少見。本文通過實(shí)驗(yàn)、理論分析以及數(shù)值模擬相結(jié)合的技術(shù)方法對(duì)高速射彈入水并侵徹水中靶行為進(jìn)行了研究,并開展了以下具體研究工作:
　　對(duì)幾種典型彈體高速入水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真研究,以增進(jìn)對(duì)高速射彈入水行為的理解,分析了彈頭形狀對(duì)

3、彈體的水彈道穩(wěn)定性以及速度衰減規(guī)律的影響,確立了彈體阻力系數(shù)、彈體頭型以及撞擊速度之間的關(guān)系,提出了一種簡(jiǎn)化的彈體頭型阻力系數(shù)估算公式。
　　建立了高速射彈水平入水時(shí)空泡擴(kuò)展的力學(xué)模型,通過理論分析并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)了彈體入水過程中超空泡擴(kuò)展的機(jī)理以及相關(guān)參數(shù)隨彈體侵徹位移的兩個(gè)變化規(guī)律,揭示了射彈入水時(shí)的彈體穩(wěn)定性機(jī)理,建立了描述彈體水平入水過程空泡擴(kuò)展的理論公式,能有效的描述空泡內(nèi)部先于撞水表面發(fā)生閉合的入水的情形。
　

4、　開展了不同彈體對(duì)空氣中不同結(jié)構(gòu)靶板的斜穿甲實(shí)驗(yàn),獲得了靶板的抗侵徹性能及損傷形式隨彈體撞擊角度的變化規(guī)律,同時(shí)研究獲取了不同彈體斜撞擊靶板時(shí)的彈道角度偏轉(zhuǎn)規(guī)律,提出彈體角度偏轉(zhuǎn)的半經(jīng)驗(yàn)理論公式。
　　通過萬能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)靶板材料A3鋼進(jìn)行了常溫至900 ℃高溫的準(zhǔn)靜態(tài)拉伸力學(xué)性能實(shí)驗(yàn),并利用SHPB及 SHTB裝置對(duì)其在常溫下的動(dòng)態(tài)壓縮性能和動(dòng)態(tài)拉伸性能進(jìn)行了研究,提出了修正形式的Johnson-cook本構(gòu)關(guān)系以及失效準(zhǔn)則,并

5、利用Taylor撞擊實(shí)驗(yàn)及相應(yīng)的數(shù)值仿真對(duì)材料本構(gòu)和失效參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。利用獲得的靶板材料的本構(gòu)關(guān)系和失效準(zhǔn)則對(duì)斜穿甲進(jìn)行了數(shù)值仿真研究,并利用數(shù)值仿真結(jié)果確立了彈體在斜撞擊時(shí)角度偏轉(zhuǎn)與彈體撞擊角度之間的關(guān)系。仿真結(jié)果證實(shí),采用的靶板材料的本構(gòu)和失效模型能有效描述靶板在彈體斜撞擊下的靶板彈道極限變化規(guī)律及大變形損傷特征。
　　通過彈體對(duì)涉水靶的侵徹實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真并與空氣靶的穿甲結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,分析了水介質(zhì)與靶板的相對(duì)位置對(duì)靶板防護(hù)性