吳峰，孔毓琦，柳科學(xué)，李曉峰

（73011部隊裝備部軍械裝甲處浙江湖州 313006）

0 引言

現(xiàn)代高技術(shù)情況下戰(zhàn)爭，空中作戰(zhàn)已成為主要模式，空中打擊也成為運用最廣泛的軍事手段，為了應(yīng)對空中帶來的日益嚴(yán)峻的威脅，世界各國正在積極研究對策，并發(fā)展各式防空武器作為應(yīng)對策略。

目前在防空反導(dǎo)彈藥上廣泛應(yīng)用的的戰(zhàn)斗部形式有預(yù)制破片、連續(xù)桿式戰(zhàn)斗部等類型，這類戰(zhàn)斗部具有破片數(shù)量多，破片場分布理想、命中率高的優(yōu)點。但對于直徑一般較小的近程防空反導(dǎo)彈藥來說，使用上述類型戰(zhàn)斗部達成有效毀傷來襲導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的任務(wù)，則存在明顯的困難。小直徑防空彈藥受總重和內(nèi)部空間限制，配用的戰(zhàn)斗部尺寸小且裝藥少，這就導(dǎo)致預(yù)制破片式戰(zhàn)斗部和連續(xù)桿式戰(zhàn)斗部的單個破片的動能較小，不足以穿透來襲戰(zhàn)斗部的厚殼體，產(chǎn)生雖然命中卻不能使之徹底失效的問題，所以必須采用新的方法來解決。

針對這個問題，一種解決思路就是采用新型周向布置MEFP戰(zhàn)斗部。MEFP又稱多彈頭爆炸成型彈丸，是Multiple Explosively Formed Projectile的簡稱，與一般的預(yù)制破片戰(zhàn)斗部技術(shù)相比，它具有對目標(biāo)打擊毀傷率高、遠距離打擊能力強等特點。其藥形罩通常都被設(shè)計成能形成多個帶凹槽的裝藥結(jié)構(gòu)，在炸藥爆轟時聚能效應(yīng)的作用下，可以形成多個質(zhì)量較大并且速度較高的EFP彈丸，從而對目標(biāo)實施有效的攻擊。某種MEFP戰(zhàn)斗部的組成如圖1所示。

圖1 某型MEFP戰(zhàn)斗部的組成實物圖

這類的MEFP戰(zhàn)斗部起爆后，內(nèi)部布置的多列藥形罩在炸藥作用下翻轉(zhuǎn)成型，得到的成型彈丸的動能明顯高于預(yù)制破片戰(zhàn)斗部，足以穿透來襲戰(zhàn)斗部的厚殼體使之徹底失效，故可以適用于小直徑的防空彈藥。

1 MEFP戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)方案

對于MEFP戰(zhàn)斗部，一般都采用軸向布置的形式，其優(yōu)點是主要方向破片的質(zhì)量速度都比較好，不足是破片數(shù)量較少，對導(dǎo)引精度的要求較高，適用于較精確的制導(dǎo)武器。而對于低成本的防空反導(dǎo)火箭武器而言，需要戰(zhàn)斗部形成的破片要具有相當(dāng)?shù)臄?shù)目，同時速度和質(zhì)量等指標(biāo)也要滿足毀傷要求。

顯然，采用軸向布置的MEFP戰(zhàn)斗部是不能滿足要求的。因此決定采用徑向布置的方式來設(shè)計MEFP戰(zhàn)斗部，并初步設(shè)計出如下兩個方案:方案一為多球缺罩式戰(zhàn)斗部（圖2）和方案二為多棱柱式戰(zhàn)斗部（圖3）。

兩方案的彈藥口徑都為70 cm，方案一的單個藥形罩為變球缺形，其主視圖為橢圓形，圖2（a）長軸為30 mm，短軸為20 mm;其俯視圖為一碗狀結(jié)構(gòu)，其深度為6 mm，距離中心的半徑為33.5 mm，戰(zhàn)斗部總長為200 mm。方案二的單個藥形罩為瓦片狀，圖3（a）其尺寸為:高為32 mm，寬為25 mm;其俯視圖為一瓦狀結(jié)構(gòu)，其深度為6 mm，距離中心的半徑為33.5 mm，戰(zhàn)斗部總長為200 mm。

圖3 多棱柱式戰(zhàn)斗部

2 MEFP爆炸成型過程仿真

為了在兩種方案中選出一種較優(yōu)的方案，先對兩種方案進行仿真模擬:如圖4所示，兩方案沿軸向都有6列藥形罩，每列6個，藥形罩截面為變壁厚球缺形式。使用顯式動力學(xué)分析軟件AUTODYN－3D建立的模型，其中內(nèi)部裝藥，端蓋和藥形罩均采用流固耦合的算法，以此來滿足爆炸成型過程中大變形的要求。同時炸藥的起爆方式為沿軸向中心線起爆，這是為了避免EFP飛散時軸向速度差過大，從而造成分布場難以控制的問題。

在仿真時間為10 μs時可以刪除炸藥單元，因為這時炸藥對藥形罩的作用已經(jīng)很小了，可以忽略不計［4］。同時，在仿真過程達到100 μs時，EFP已基本成型，速度也不會有太大變化，所以可以認為全部成型過程在100 μs內(nèi)結(jié)束。為簡化建模過程，對列與列之間的EFP連接進行了斷開處理，兩方案的成型過程對比如圖5圖7所示。

圖4 兩方案未起爆前破片布置方式

圖4兩方案都使用顯式動力學(xué)分析軟件AUTODYN－3D建立的模型，其中內(nèi)部裝藥，端蓋和藥形罩均采用流固耦合的算法，同時炸藥的起爆方式為沿軸向中心線起爆。

圖5 兩方案起爆后10 μs時成型狀況

圖5在模擬仿真進行到大約10 μs時，在爆轟產(chǎn)物和爆轟壓力的作用下，罩頂微元開始被壓垮變形并流向藥形罩的對稱中心，這個時候藥形罩也同時被壓垮和變形，于是整個藥形罩就開始向前運動。

圖6 兩方案起爆后20 μs時成型狀況

圖6在模擬仿真進行到大約20 μs時，藥形罩的內(nèi)表面速度不斷增大，外表面速度不斷減小。同時藥形罩微元在對稱中心發(fā)生堆積現(xiàn)象，各微元之間相互碰撞、擠壓，由于這種情況，就使得罩壁厚不斷增加。這就會導(dǎo)致壓合現(xiàn)象在藥形罩軸線區(qū)域處產(chǎn)生，于是藥形罩微元中速度高的部分就會產(chǎn)生“射流”，而速度低的部分就會產(chǎn)生“杵體”［6］。

圖7 兩方案起爆后35μs時成型狀況

圖7在模擬仿真進行到大約35 μs時，藥形罩在爆轟產(chǎn)物和爆轟壓力的作用下繼續(xù)向前高速運動，在藥形罩微元的相互之間作用下，藥形罩繼續(xù)發(fā)生變形并向軸線收攏，同時逐漸向后翻轉(zhuǎn)變形。

3 仿真結(jié)果分析

由圖8的EFP的最終成型圖，可以看出兩個方案形成的EFP在形狀尺寸上相差很大，方案一近似于橢圓球，而方案二則是飛片狀的。兩者之間的質(zhì)量和速度的差別在圖9和圖10中得到體現(xiàn)。

圖9 兩方案成型后的破片質(zhì)量

由圖9可得:兩方案的破片質(zhì)量分別為7.761 8 g和1.3967 g，目前破片的質(zhì)量m仍然是各國衡量其是否具有殺傷力的重要標(biāo)準(zhǔn)。例如:殺傷人員，要求破片m≥1 g;破壞汽車，m≥4 g;破壞飛機部件，m為1－8 g;毀傷火炮、裝甲輸送車，m≥10 g;破壞飛機油箱，m≥10 g。由此可知兩方案形成的破片在質(zhì)量上符合對空中目標(biāo)的殺傷力標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)圖9和圖10，將兩方案最終成型的EFP各指標(biāo)進行對比如表1所示。由此可以看出方案二的各項指標(biāo)都要優(yōu)于方案一（方案一中:藥形罩材料利用率低導(dǎo)致破片質(zhì)量小，且受到炸藥爆炸作用的受力面積也小導(dǎo)致破片速度低），因此可以在方案二的基礎(chǔ)上開展后續(xù)的研究。

表1 兩方案EFP指標(biāo)比較

圖10 兩方案成型后的破片軸向速度

4 小結(jié)

戰(zhàn)斗部是彈藥毀傷目標(biāo)或完成既定戰(zhàn)斗任務(wù)的核心部分，因此選擇合適的戰(zhàn)斗部關(guān)系到整個武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。經(jīng)過比較決定采用新型的MEFP戰(zhàn)斗部應(yīng)用于防空反導(dǎo)戰(zhàn)斗部，在仿真之前首先列舉了幾種常見的軸向布置MEFP戰(zhàn)斗部并分析了其存在的不足，同時決定采用周向布置的方式來設(shè)計MEFP戰(zhàn)斗部，并初步設(shè)計出如下多球缺罩式MEFP戰(zhàn)斗部和多棱柱式MEFP戰(zhàn)斗部兩個方案，通過對兩種MEFP戰(zhàn)斗部方案進行了仿真比較，得出方案二（即多棱柱式戰(zhàn)斗部）形成的EFP參數(shù)指標(biāo)較優(yōu)。

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