强电磁脉冲场作用下高速金属射流形变仿真计算方法及其特性研究

Armor-piercing projectile is one of the anti-armor weapons with metal jet caused by the explosive of dynamite to extrude the metal covering. The metal jet velocity of armor-piercing projectile is beyond 7km/s and non-uniform distribution. It can use the high electromagnetic pulse field（HEMP） to change the motion morphology of metal jet before it pierces into the main armor, which is so called electromagnetic armor. The goal of the project is to get the numerical model of hypervelocity metal jet under HEMP, and then realize the simulation of the deformation and motaion characteristics of metal jet under HEMP. The key points of the project are as follows: 1) According to the working principle of HEMP on hypervelocity metal jet, the dynamic mathematical model of metal jet under the mutual working of electromagnetic force and ohmic effect is built. 2) The numerical calculation method for coupling model of hypervelocity metal jet under electromagnetic field, temperature field and velocity field is studied. 3) Based on the working characteristics of metal jet under EMP after simulation, an experiment device of electromagnetic armor is designed. After the research of the project, the calculation method under coupling field for the dynamic simulation of metal jet will be got, as well as the solving method of related numerical problems, and then the corresponding software will be developped; furthermore, the characteristics of metal jet under EMP will be got, which can provide theoretical basis for the research and design of the electromagnetic armor.

破甲弹是一种利用炸药爆炸压垮金属罩形成射流的反装甲武器，射流速度可达7km/s以上且速度分布不均匀，可利用强电磁脉冲场改变该射流在侵彻主装甲前的运动形态，以实现反破甲弹的目的，这就是电磁装甲。给出高速金属射流在强电磁脉冲场下的数学模型，实现强电磁脉冲场作用下射流的形变与运动特性仿真是本项目的研究目标。重点研究：1）根据强电磁脉冲场对高速金属射流的作用机理，建立金属射流所受电磁力、欧姆热效应与射流相互作用而产生形变的动态过程数学模型；2）研究高速金属射流的电磁场、温度场、速度场的耦合模型的数值计算方法； 3）在数值仿真得到电磁场与射流作用特性基础上，研究反破甲弹射流的电磁装甲原理试验装置。通过本研究项目，争取得到适用于射流动态仿真的耦合场计算方法，解决相关数值计算问题，开发出相应数值计算软件；得到电磁场与射流作用的特性，为反破甲弹射流的电磁装甲研究和设计提供理论依据。

本项目以被动电磁场装甲为背景，对破甲弹金属射流侵彻被动电磁装甲过程中，强电磁脉冲场作用下高速运动金属射流的形变仿真计算方法和特性进行了研究。被动电磁装甲防护射流的过程中，高速度、高速度梯度的金属射流在强电磁脉冲场的作用下会发生复杂的电磁力、温度、磁流体不稳定性作用。这个过程持续时间短、作用原理和作用过程复杂，涉及到大变形，高速电接触，高温度变化条件下的电磁场-温度场-速度场耦合问题，对该问题进行仿真依然是亟待解决的难题。.本项目在深入分析强电磁脉冲场对金属射流作用机理的基础上，做出了合理的假设，将射流简化为轴对称无旋转模型，然后基于射流运动中遵循的质量守恒、动量守恒、能量守恒定律和麦克斯韦方程，构建了耦合场数学模型，并研究了电磁场-温度场-速度场耦合数学模型的计算方法，开发了多物理场仿真分析软件。分析了强电磁脉冲场作用下高速金属射流的温度场和形变特性，并进行了试验验证，为被动电磁装甲的设计提供了技术支撑。