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、自身不帶動力且發(fā)射后在水中產(chǎn)生自然超空泡并利用本身動能或自帶炸藥摧毀目標的武器為超空泡射彈,作為20世紀末出現(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,需要經(jīng)歷撞水、侵水、流場流動等階段以及會出現(xiàn)空泡形成擴展?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)象又會對彈體在水下運動時的彈道穩(wěn)定及侵徹靶體能力等有著重要的影響,研究各個過程中的這些物理問題對于研制開發(fā)水中兵器有至關(guān)重要的軍事意義

2、;同時隨著現(xiàn)代海上威脅活動的日趨頻繁,各國對海洋平臺、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少見。本文通過實驗、理論分析以及數(shù)值模擬相結(jié)合的技術(shù)方法對高速射彈入水并侵徹水中靶行為進行了研究,并開展了以下具體研究工作:
　　對幾種典型彈體高速入水進行了實驗和數(shù)值仿真研究,以增進對高速射彈入水行為的理解,分析了彈頭形狀對

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空泡擴展的力學(xué)模型,通過理論分析并結(jié)合實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)了彈體入水過程中超空泡擴展的機理以及相關(guān)參數(shù)隨彈體侵徹位移的兩個變化規(guī)律,揭示了射彈入水時的彈體穩(wěn)定性機理,建立了描述彈體水平入水過程空泡擴展的理論公式,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、　開展了不同彈體對空氣中不同結(jié)構(gòu)靶板的斜穿甲實驗,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,同時研究獲取了不同彈體斜撞擊靶板時的彈道角度偏轉(zhuǎn)規(guī)律,提出彈體角度偏轉(zhuǎn)的半經(jīng)驗理論公式。
　　通過萬能材料試驗機對靶板材料A3鋼進行了常溫至900 ℃高溫的準靜態(tài)拉伸力學(xué)性能實驗,并利用SHPB及 SHTB裝置對其在常溫下的動態(tài)壓縮性能和動態(tài)拉伸性能進行了研究,提出了修正形式的Johnson-cook本構(gòu)關(guān)系以及失效準則,并

5、利用Taylor撞擊實驗及相應(yīng)的數(shù)值仿真對材料本構(gòu)和失效參數(shù)進行了驗證。利用獲得的靶板材料的本構(gòu)關(guān)系和失效準則對斜穿甲進行了數(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,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。
　　通過彈體對涉水靶的侵徹實驗和數(shù)值仿真并與空氣靶的穿甲結(jié)果進行對比,分析了水介質(zhì)與靶板的相對位置對靶板防護性