1.2 国内研究现状
1.3 国外研究现状
1.4 本课题主要研究内容
由于预制破片战斗部爆炸是一个相当复杂的物理、化学、力学等过程,所涉及到的影响因素很多,由于时间限制,本课题主要研究内容集中在三个方面:
(1)起爆方式:包括起爆点的位置和起爆点的数量。预制破片战斗部高效毁伤源于战斗部中预制破片的飞散特性,主要体现在速度大小和分散角两个方面。起爆方式对爆轰波的传播有着显著的影响,采取不同的起爆方式,会改变爆轰波对预制破片的驱动力的大小和作用方向。
(2)破片材料:由于不同材料的密度不同,即质量不等,因此其加速度不同,最终受驱动力与空气阻力平衡时的飞散速度不相等。加速度的不同也会影响爆轰波传播波形,从而影响破片的飞散角。
(3)外形曲率:对于含有外形曲率的预制破片战斗部,外形曲率半径不同战斗部的装药量不同,爆轰波传播时对波形的影响也不同。因此,研究分析不同外形曲率下预制破片的飞散特性显得至关重要。
在研究过程中主要运用AUTODYN数值仿真软件建立相应模型,然后对各模型进行数值仿真模拟,从而对上述三方面影响因素进行分析研究,为优化预制破片杀伤战斗部结构提供理论依据。
2 预制破片相关理论分析
2.1 爆轰波冲击理论
2.1.1 爆轰波的CJ理论
炸药的爆轰[16]-[20]现象涉及到复杂的物理、化学以及流体动力学的问题。十九世纪人们已经在爆轰波的理论研究方面做了大量的工作,随后又提出了爆轰的流体力学理论。它对描述气体炸药的爆轰现象是理想的,理论也较完整。
爆轰波是伴有化学反应的冲击波,通常是冲击波作用于炸药,在高温高压条件下诱发化学反应,释放的能量支持冲击波继续推进,力学效应和化学效应结合使得爆轰波的结构复杂。由于所有的力学、物理和化学反应过程,是在微秒级时间内进行,使得观测和研究变得非常困难。从简化的理论分析上看,把流动看做垂直于波阵面运动方向的层流,忽略热传导和粘性的影响,用带化学反应项的理想流体动力学方程来描述运动,加上化学反应率方程和状态方程,可以用数值求解反应区流场。对于一维平面下定常爆轰,问题可大为简化,在一定条件下可以得到解析解。对于爆轰波结构,假定反应区为定型结构,化学反应是不可逆单反应道,建立了 ZND模型;最简单的是将反应区缩短为间断面,等于忽略了化学反应的过程,爆轰波的传播成为纯力学问题,这就是CJ理论。
CJ理论是在热力学和流体动力学的基础上建立的。它所研究的是平面一维的理想爆轰的定性传播过程。(一维平面指的是爆轰波阵面是一个无限宽的平面,理想爆轰波是假设爆轰波在传播中能量没有耗散。)
CJ理论从流体力学的观点建立了爆轰波的基本方程,提出并论证了爆轰波定型传播时所必需的条件--CJ条件,由此也就揭示了这一传播过程的物理本质,同时为从基本方程中解出爆轰波的五个参数提供了条件。
平面爆轰波
因为爆轰波就是一个带有化学反应过程的冲击波,我们也可以用建立冲击波基本方程的方法来建立爆轰波的基本方程,其中质量守恒与动量守恒方程相同。