爆炸载荷下反应射流成形及自起爆机理研究

Shaped charge warheads damage effect can be improved significantly by using reactive material shaped charge liners, due to the unique penetration-explosion combined damage effect of reactive jets. For practical application, the objectives of this project are revealing the dynamics characteristics and mechanisms of reactive material jets formation and self-initiation, studying the relations between material properties of shaped charge and self-delay time and threshold of jet self-initiation, controlling the terminal penetration-explosion combined damage effects. The main research content of this project is as follow: (1) The characteristics and mechanism of reactive material jets dynamic response and formation under explosive load were studied for controlling the jet formation behavior; (2) The influences of physical and chemical properties of materials on self-delay time and initiation threshold of reactive jets self-initiation were revealed by investigating the initiation mechanism of jets when penetrating targets; (3) The influences of explosive charge and shaped charge structure on terminal damage effect were demonstrated by studying terminal penetration-explosion combined damage effect of reactive jet.

反应材料药型罩在聚能装药爆炸压力驱动下，可形成既有良好侵彻能力，又能发生爆炸毁伤的反应射流，利用其独特的“侵彻和爆炸”两种机理的联合作用，使聚能战斗部威力获得大幅度提升。本项目旨在通过对反应射流成形及侵彻自起爆机理问题研究，弄清爆炸加载下反应材料药型罩动力学响应及射流成形特性，揭示反应射流自起爆机理，明确药型罩材料物化性能与反应射流自起爆弛豫时间及自起爆引发阈值的内在联系，掌握爆炸加载下反应材料药型罩终点侵彻-爆炸效应控制方法，为反应药型罩在弹药/战斗部上的推广应用提供指导和科学依据。主要研究内容为：（1）研究爆炸加载下反应材料药型罩动力学响应及射流成形特性，掌握反应射流形成规律和控制方法；（2）研究反应射流侵彻目标自起爆机理，获得材料物化性能对反应射流自起爆弛豫时间及引发阈值；（3）研究爆炸加载下反应材料药型罩终点侵彻-爆炸效应，获得反应材料药型罩结构及装药等因素对终点效应的影响规律。

活性材料药型罩是一种以氟聚物粉体为基体，通过在其中填充一定量的含能粉体（如金属、合金等）构成的反应含能混合物，再经模压成型和烧结硬化工艺制备而成的整体复合式反应药型罩。它在炸药驱动下形成的反应射流不仅能像传统金属射流那样对目标实施破甲，更重要的是这种反应射流在侵入目标内部后还能被自行激活并发生爆炸/爆燃反应，释放出大量的化学能。通过“动能侵彻”和“内爆效应”双重毁伤机理的联合作用，实现对打击目标的更致命结构毁伤，甚至是局部结构解体毁伤，显著提高了聚能战斗部的终点毁伤威力。. 本项目研究将反应材料药型罩及其在聚能战斗部上应用问题凝练为反应射流成形及侵彻自起爆机理问题，拟采用理论分析、数值模拟和实验测试相结合的方法进行研究。利用有限元软件，对爆炸加载下反应材料药型罩射流成形过程进行数值模拟，获得典型反应射流形貌、温度、速度及密度分布情况，随后研究药型罩结构、装药条件对活性射流成形的影响，并利用脉冲X光/超高速摄像技术进行试验测试。. 从含能粉体表面点火及燃烧反应动力学的角度出发，从理论上分析活性材料物化特性对反应射流自起爆弛豫的影响，通过反应射流化学能释放特性及激活延时测试，获得各因素对反应射流激活延时影响规律，从而掌握反应材料药型罩聚能装药爆炸驱动形成反应射流的规律及控制机理，从爆炸力学、冲击波传播理论和含能材料学出发，分析反应射流在不同爆炸载荷环境下自起爆机理和阈值。. 通过静爆威力实验研究反应射流作用钢靶、飞机跑道及混凝土目标的毁伤效应，掌握破甲深度与所需时间相互关系以及内爆效应的影响规律；结合侵彻力学、爆炸力学及终点效应学，建立反应药型罩侵彻-爆炸联合毁伤效应分析模型，揭示反应射流侵彻-爆炸作用机理，掌握反应药型罩设计方法。