非对称结构约束条件下炸药爆炸能量输出规律研究

Directional warheads can improve the kill probability on the target direction by controlling the energy release mode and direction. It is an important field of high efficient damage. At present, most studies are conducted on the explosion energy output rules according to symmetric structure, but less studies on the condition of asymmetric structure. Directional warheads are asymmetric structures and asymmetric ignition modes generally, so it is an urgent need to investigate the explosion energy output rules of explosive under asymmetric structure restriction. The explosion processes of asymmetric structure restriction are investigated with theoretical analyses, numerical simulations and experiments. Based on the structure characteristic of internal explosion, the processes are divided into denotation wave loading and detonation product expansion loading. Using the theories of denotation wave propagation and detonation product expansion, an analytical model on explosion energy output rules under asymmetric structure restriction is established primarily. The energy envelope line of asymmetric structure is obtained by using the analytical model. The influencing factors on explosion energy output rules are discussed, which include ignition number and location, asymmetric structure restriction conditions and so on. The sensitivity analysis of key parameters influencing the explosion energy output is discussed base on the dimensional analysis theory. Finally, the theoretical model on explosion energy output rules under asymmetric structure restriction and design method are established. The research results are valuable for forecasting the power field rapidly, guiding the ammunition design, power calculation, and damage effectiveness assessment.

定向战斗部通过控制破片毁伤能量的释放方式和方向，提高对目标的杀伤概率，是高效毁伤技术发展的一个重要领域。目前主要针对对称结构约束下能量释放规律开展了较多研究工作，而对非对称结构约束下的研究较少。由于定向战斗部一般在结构和起爆方式上具有非对称性，因此迫切需要研究这种非对称结构约束下炸药爆炸能量输出规律。本项目通过分析结构内部爆炸的作用特点，将炸药爆炸驱动过程分为爆轰波冲击加载和爆轰产物等熵膨胀加载两个阶段，利用爆轰波传播、爆轰产物等熵膨胀等理论，建立非对称结构约束下炸药爆炸能量输出的分析模型，得到非对称结构的能量包络线；考察起爆点数量及位置、非对称结构约束条件等因素对能量输出的影响规律；结合量纲理论对影响能量输出的关键参数进行敏感性分析，最终建立非对称结构约束条件下炸药爆炸能量输出的理论模型和设计方法，研究成果对于快速预测破片威力场，以及指导弹药设计、威力计算和效能评估具有十分重要的意义。

定向战斗部通过控制破片毁伤能量的释放方式和方向，提高对目标的杀伤概率，是高效毁伤技术发展的一个重要领域。目前主要针对对称结构约束下能量释放规律开展了较多研究工作，而对非对称结构约束下的研究较少。由于定向战斗部一般在结构和起爆方式上具有非对称性，因此迫切需要研究这种非对称结构约束下炸药爆炸能量输出规律。项目围绕非对称结构约束下内部爆炸下能量释放规律问题，取得一些创新性成果：（1）研究了炸药对物体一维单向和双向抛掷过程，分析了起爆点位置、装填质量比等因素对抛掷速度的影响，首次从爆轰波作用原理出发，将炸药推动物体运动过程分为三个阶段——冲击阶段、产物膨胀阶段、反射波加强阶段，并从理论上求得了前两阶段物体加速过程和产物运动状态，分析了偏心起爆对物体加速过程的影响，揭示了偏心起爆提高物体运动速度的机理。（2）首次提出并验证了基于“三阶段”物体加速过程的柱壳结构破片初速环向分布计算模型。该模型既能计算圆柱结构对称起爆和非对称起爆下的所有破片飞散初速，也能用于计算类似D型的非对称结构破片初速，同时还能方便地推广到其他结构类型约束的破片初速研究中。利用计算模型对装填质量比、断裂膨胀度、产物多方指数和偏心比等参数对破片速度的影响效果进行分析，结果表明破片速度对爆速、装填质量比和偏心比的变化较为敏感。（3）对D型结构约束下破片飞散特性进行了实验和仿真分析，考察了起爆方式、覆盖宽度对爆炸能量输出的影响，首次基于反射波作用模型建立了破片初速的理论分析方法。对凸型和凹型两种非对称结构约束下破片飞散特性进行了实验和仿真分析，考察了不同的圆心角和曲率半径等因素对爆炸能量输出的影响，获得破片能量分布与非对称约束的关系。（4）基于非对称结构在给定角度内破片均匀分布要求，利用爆轰波与介质相互作用的驱动理论首次提出了壳体型面的优化设计方法，考察了破片飞散角范围、装药类型、破片尺寸等因素对壳体型面的影响，针对不同区域和不同密度增益设计了最优的壳体型面，仿真和实验结果表明优化设计后的壳体型面能够实现破片在给定区域内均匀分布要求。