聚能切割参数设计

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1、解放军理工大学硕士学位论文第二章影响线型聚能装药侵彻能力的因素图2.1线型聚能装药的基本构形Fig.2.1Thebasicfigurationoflinearshapedcharge药型罩炸药对称面xyz爆炸切割是利用聚能原理来切割坚硬物质的爆炸新技术。由于切割都是沿着一个面切割出一条窄缝来，因此，多采用平面对称型药型罩。线型聚能装药是一种长条形带有空腔的装药，在空腔中嵌有金属药型罩。药型罩的形状可以是圆弧形或各种不同顶角的楔形，药型罩的材料可以是铜、钢、铝、铅等。利用这种装药可制成各种爆炸切割器，图2.

2、1为线型聚能装药的基本构形。2.1线型聚能装药作用的基本原理图2.2LSC药型罩压垮和射流形成特性Fig.2.1LinercollapseandjetformationcharacteristicofaLSC杵体主射流外壳断裂射流(a)起爆初时(b)射流形成(c)射流断裂当炸药起爆后，爆轰波一方面沿着炸药的长度方向传播，另一方面沿着药型罩运动，聚能作用使爆炸能量向药型罩会聚，爆轰产物以高达几十万大气压的压力作用于药型罩，并将其压垮，而后向对称轴闭合运动，并在对称平面内发生高速碰撞，药型罩内壁附近的金属在对

3、称平面上挤出一块向着装药底部以高速运动的片状射流，通常称之为“聚能刀”。它一般是呈融熔状态（热塑状态）的高速金属射流，其头部速度大约3000～5000m/s，集中了很高的能量。金属射流在飞行中不断拉长，当它与金属靶板发生相互作用时，迫使靶板表面压力突然达到几百万大气压。在高压作用下，靶板表面金属被排开，向侧表面堆积，而飞溅和汽化的不多。随着射流和靶板的连续作用，金属射流不断损失能量并依附在金属断裂面上。爆炸切割器正是依靠这种片状的“聚能刀”，实现对金属的切割作用。图2.2为线型聚能装药射流形成和拉伸断裂的

4、示意图，图中所采用的起爆方式为典型的端部点起爆共80页第23页解放军理工大学硕士学位论文方式。可以看出，药型罩的压垮由一端向另一端逐步发展，射流在运动过程中拉伸，当达到射流材料的最大屈服强度时，射流发生断裂。2.2线型聚能射流的主要参数线型聚能射流参数是研究射流切割的主要因素，对于端部起爆的线型聚能装药而言，可以采用滑移爆轰理论来研究射流的主要参数。yyzsxABOαα爆轰方向药型罩炸药βxzBCDOζvf图2.3聚能线型切割器示意图Fig.2.3SketchmapofLSCcutterA设线型聚能装药引

5、爆后，经一定距离爆轰波趋于定常，波面为平面，坐标Oxyz随爆轰波阵面一直运动，Oyz为切割器的横截面，Oxy为对称面，为金属药型罩的顶半角。见图2.3。由图2.3可以看出，药型罩平面的单位法向量为，（2.1）直线OA在Oyz平面上，其方程为，（2.2）因此，可得压垮平面OAC的方程式，（2.3）则平面OAC的单位法向量为，（2.4）共80页第23页解放军理工大学硕士学位论文设药型罩的折转角为（如图2.4），则有，（2.5）即得，（2.6）设压垮平面OAC与对称平面OCD构成的夹角为，此即为碰撞棱OC的V形

6、角之半，（2.7）按照经典射流理论，射流质量由下式给出，（2.8）式中ML为药型罩质量，将（2.7）式代入（2.8），可得射流质量为，（2.9）在高压作用下，药型罩材料可近似为理想不可压缩流体。药型罩OB在其垂直法平面（即Oxs平面）内的运动可按飞板飞行曲线的一般理论来求解。在图2.4中，s=f(x)为飞行曲线，炸药爆轰产物xvdsθ爆轰方向s=f(x)图2.4飞板飞行曲线及弯折角θ图Fig.2.4Flightcurveandbendingangleofflyingplateyxy′x′-βj→j→′δv

7、′fδjx′v′sy′δszv′j图2.5坐标关系与二维碰撞图Fig.2.5Coordinaterelationand2Dcollisionplot（2.10）式中为飞板弯折角。碰撞来流速度在Oxyz坐标系中可表示为，（2.11）由于切割器以Oxy面为对称面，两边的药型罩在在飞行中将在Oxy面上发生碰撞，在Oxy共80页第23页解放军理工大学硕士学位论文平面上的碰撞点连线（在二维碰撞时为驻点连线，以下称为碰撞棱）的方程式为，（2.12）其中为药型罩与对称面之间的夹角，碰撞棱与x轴的夹角为，（2.13）如果

8、建立一个新坐标系Ox'y'z'，其中x'，y'轴是x，y轴绕z轴转过角而求得的（如图2.5）。（2.14）取该坐标系相对Oxyz坐标以u的速度沿x'轴的正方向运动，其中为，（2.15）将式（2.14）代入式（2.11）中并减去，可以获得在新坐标系中的碰撞前来流速度为，（2.16）因此，这个三维碰撞在Ox'y'z坐标系中就变为来流为的二维轴对称碰撞，且有解（如图2.5），（2.17）式中－药型罩厚度，－碰撞后药型罩的出流厚度，－