爆炸驱动壳体分级破碎的威力可调机理及其方法研究

The tunable lethality is put forward with the demand on advanced weapon lethality in the field of national defense science and technology. The metal cased explosive charge with tunable lethality can attack different targets and be used in different battlefields through the synergy of grading fragmentation of shell, controlling of tunable output energy and initiation mode, resulting in enhancement of the efficiency and flexibility of the same charge structure. In the present study, the following contents will be studied by explosive experiments, nonlinear numerical simulation and theoretical analysis: ①The dynamic response of expansion, rupture and fragmentation of explosively driven metal shell, and the effects of materials and notch on the fragmentation mechanism, and the control method of grading fragmentation. ②The influence of novel compound charges, controllable pre-damaged shell and different initiation conditions on the lethality of fragments, and the calibration method for the different lethality. ③The output characteristics of charge energy and the energy distribution and dissipation under different explosive loading, and the relationship of the tunable energy output of charge and the tunable lethality of fragments, and the analysis model of the lethality of fragments. ④The internal relationships between the main factors and the lethality of fragments, the tunable-lethality mechanism and its method of explosively driven metal shell. This research will provide important theoretical basis and scientific method for the application of tunable-lethality in the field of defense efficient damage and public safety for anti-terrorism and maintaining stability.

威力可调毁伤是随国防科技发展遇到的先进毁伤理论与方法瓶颈问题。通过爆炸驱动壳体分级破碎、装药能量输出调控与起爆方式协同作用，实现对不同目标与作战环境的威力分档毁伤，极大地提高了同一装药使用的高效性和灵活性。本项目将综合野外爆炸驱动试验、非线性仿真与理论分析等方法，主要研究：①爆炸驱动下圆柱壳体膨胀、破裂及形成破片的动力响应，研究不同材料、预刻槽等壳体结构的破碎机制，分析输出不同威力破片的分级破碎方法；②不同复合装药、可控预裂壳体以及起爆条件对破片威力性能的影响规律，分析不同破片威力输出表征方法；③不同爆炸加载条件下装药能量释放特性与分配规律，装药能量输出特性与不同破片威力的关联性，建立不同能量输出特性的威力分析模型；④主控因素与破片威力性能的内在联系，研究破片毁伤威力可调机理及威力调控方法。通过本项目研究，为破片威力可调在国防高效毁伤以及防恐维稳公共安全的应用提供重要理论基础和方法支撑。

威力可调毁伤是随国防科技发展遇到的先进毁伤理论与方法瓶颈问题。本项目综合数值模拟、材料实验及静爆X光机、静爆水回收等各种分解试验与理论分析等手段，获得了破片毁伤威力可调机理及威力调控方法。基于野外爆炸驱动试验与材料微观实验与仿真研究，获得了不同空腔几何尺寸柱形装药爆炸驱动下壳体的动态响应特性，得到了壳体破碎形成破片质量、速度、形状及飞散性能，获得了装药爆轰波的传播以及空腔特征对爆炸冲击波与爆炸驱动的影响规律，探究得到了装药爆炸驱动形成不同破片特性的作用机理。.通过不同复合装药、预控壳体以及起爆条件对破片威力影响的非线性数值模拟，获得了不同因素对破片性能的影响规律，以及调控破片威力性能的方法；并对比了不同装药几何尺寸、不同填充材料结构及对应起爆方式下空腔装药爆炸驱动及威力性能，获得了通过合适的材料填充或设计空腔内置结构时虑及其几何与物性参数可有效降低装药空腔稀疏波弱化效应，提高壳体动能占比和破片速度，获得了不同空腔及其内部填充条件下的破片威力特性。通过隔层复合炸药装药爆炸输出特性的模拟与静爆试验研究，获得了不同复合隔爆层排布次序对带壳体装药反应输出的影响规律，得到了不同材料排布次序条件下后级装药压力的影响特性，揭示了爆炸驱动壳体形成破片威力可调机理，通过装药释能特性研究，提出了复合装药不同调控条件下的反应输出等级。.结合静爆试验、理论分析与仿真研究，基于装药爆轰驱动Gurney公式引入空腔稀疏波修正因子，建立了空腔装药爆炸驱动破片速度分析模型；基于脉冲X光测试技术获得的破片速度轴向分布特性，建立了环形装药一端起爆时破片速度轴向分布工程分析模型；通过不同装药与壳体结构匹配特性下的静爆试验破片回收结果及宏微观特征的壳体破碎机制研究，建立了带壳环形装药破片周向宽度预测模型。本项目研究结果可为高效毁伤以及防恐维稳公共安全的应用提供重要理论基础和方法支撑。