強磁載入金屬藥型罩屈曲變形機制及射流成型機理研究

《強磁載入金屬藥型罩屈曲變形機制及射流成型機理研究》是依託南京理工大學，由賈鑫擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：強磁載入金屬藥型罩屈曲變形機制及射流成型機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：賈鑫
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

傳統聚能裝藥成型射流因其自身結構特點造成炸藥能量利用率低，在不改變裝藥量的情況下，射流侵徹威力難以進一步提高。本項目提出的一種全新的強磁驅動射流成型技術以高儲能電容器組為初始載入能源，創新性地採用了易於控制的強磁載入方式對藥型罩進行壓垮並形成金屬射流。基於電磁學理論、射流成型理論、射流穩定性理論等，分析電磁驅動射流成型過程中的電場、磁場及力場三個物理場之間的順序耦合關係，利用等效電路模型、磁場計算模型和磁動力載入模型建立多物理場耦合理論模型。在此基礎上，分析強磁壓垮藥型罩變形過程中的屈曲理論機制，揭示壓垮速度與射流臨界成型速度之間的關係，建立強磁驅動射流成型的理論模型。通過X光和DOP試驗分析強磁驅動射流成型的過程、特點及侵徹能力。強磁驅動射流成型機理的研究是我國今後高效毀傷技術創新的重要研究內容之一，電磁驅動射流成型技術的突破可為破甲戰鬥部跨越式發展提供技術支撐。

結題摘要

傳統聚能裝藥是通過炸藥爆轟驅動藥型罩形成射流，受限於炸藥威力，射流威力難以大幅度提升。為了提高射流威力，研發新型射流技術，本項目研究強磁載入金屬藥型罩屈曲變形機制及射流成型機理，強磁載入藥型罩以兆安強電流為輸入能量，當強電流流經藥型罩時，會在藥型罩內部產生環形磁場，電流與磁場耦合作用產生垂直於藥型罩表面的電磁力，電磁力作用在藥型罩上，迫使藥型罩向軸線壓垮、碰撞形成射流。本項目利用等效電路模型、磁場計算模型和磁動力載入模型，建立描述該載入過程的“電—磁—力”多物理場耦合理論模型，獲得載入過程的總電流與磁場及電磁力之間的關係。結合藥型罩等關鍵元件的結構參數及物理特徵，得到磁場和電磁力在藥型罩上的分布規律。基於多物理場耦合理論模型及藥型罩壓垮過程中的動力學方程，研究電路電參數、電流變化規律與藥型罩徑向運動之間的變化關係，結合傳統的射流成型理論模型以及電磁載入特性，分析電磁力載入條件下射流成型的基本條件，建立電磁力壓垮藥型罩成型射流的理論模型。結合ANSYS Maxwell和ANSYS Autodyn這兩個軟體的優勢，先根據電路靜態參數，利用ANSYS Maxwell仿真出電路，隨後用外部程式計算電磁力，再在ANSYS Autodyn中建立藥型罩模型，將電磁力載入在藥型罩上，計算藥型罩在電磁力作用下的射流成型，可以得到射流形態，射流速度，速度梯度等參數，還對電磁載入藥型罩進行了實驗研究，對不同結構藥型罩進行電磁載入試驗，成功載入藥型罩形成射流，並對靶板有效侵徹。通過理論計算，數值模擬以及試驗的手段，研究了初始輸入能源如電流峰值電流，持續時間等參數，藥型罩材料、錐角、壁厚、形狀及母線長度對射流成型規律的影響。通過本項目的研究建立了強磁載入藥型罩形成射流的相關理論模型，彌補對新型射流方面研究的空白，為設計新型大威力破甲戰鬥部提供理論支持和技術指導。