chapter4聚能效应

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1、1第4章聚能效应2第4章聚能效应4.1基本概念4.2聚能射流形成理论4.3爆炸成形弹丸4.4射流对靶板的侵彻4.5射流的实验测试34.1基本概念44.1基本概念聚能效应现象54.1基本概念（a）爆轰产物向柱型装药四周均匀飞散，药柱底部爆轰产物作用与靶板。（b）装药锥孔部分的爆轰产物飞散时，向轴线集中会聚成速度和压力很高的气流，爆轰产物的能量集中在较小的面积上，在靶板上打出更深的孔。（c）装药锥孔部分加装金属罩，爆轰产物在推动罩壁向轴线运动的过程中，将能量传递给了金属罩，依靠罩的动能产生了更大的破坏作用。（d）增大炸高（Stand-off）可以使射流充分形成，提高侵彻能

2、力。64.1基本概念爆轰产物的飞散方向74.1基本概念84.1基本概念94.1基本概念在射流形成的过程中，罩材料在非常短的时间内产生非常强烈的变形，其最大应变可达10以上，应变率可达104～107/s。由于变形时罩材料的迅速叠加，据计算其峰值压力约达200GPa，衰减后的平均值也达20GPa。锥形药型罩材料被压合到轴线上形成的射流以很高的速度向前运动，其头部速度可超过10km/s。由于沿射流长度方向上存在速度梯度，射流将被拉伸，最后直至断裂形成柱形颗粒。104.1基本概念聚能效应：利用装药一端的空穴以提高局部破坏作用的效应，称为聚能效应。聚能装药（ShapedChar

3、ge）：具有聚能效应的装药称为聚能装药。射流：聚能气流和金属流统称为射流，或聚能射流。破甲：射流对靶的作用称为破甲。破甲弹（highexplosiveantitank(HEAT)projectile）：利用聚能效应使金属药形罩形成高温高压高速射流穿透装甲或其它坚硬目标并具有一定后效作用的炮弹或战斗部。药型罩口部至靶板表面的距离称之为炸高（Stand-off）。114.1基本概念如果将带有药型罩的炸药装药离开靶板表面一定距离引爆，侵彻深度还会增加。具有锥形药型罩的炸药装药，其侵彻深度随炸高的变化曲线如图4-3所示。其中对应最佳深度的炸高称最佳炸高。聚能装药被广泛应用于军

4、事弹药和民用爆破方面，如侵彻坦克装甲、掩体，以及勘探、采石和打捞作业等等。124.1基本概念134.1基本概念射流效应并不仅限于锥形罩和半球罩、还可以制成楔形和环形药型罩，分别用于线型装药或盘型装药中，如图4-6所示。这时由线型装药产生的射流将形成一个薄片，而盘型装药则形成一环状射流。144.1基本概念154.2聚能射流形成理论164.2聚能射流形成理论4.2.1定常理论Birkhoff等人(1948)首先系统地阐述了聚能装药射流形成理论。他们假设：（1）在药型罩压合过程中，爆轰波产生相当大的压力，以致药型罩材料的强度可以忽略不计。（2）在爆炸高压下药形罩金属为理想(

5、无粘性)不可压缩流体。（3）药形罩各处的压垮速度u相同，且在压垮过程中u保持不变。（4）罩变形过程中其母线长度保持不变。174.2聚能射流形成理论压合过程的几何图形（图4-2-1）184.2聚能射流形成理论以药型罩上的某一微元为研究对象，在爆轰传到时A点(环)以V0的速开始闭合。当其运动到轴线上c处时发生互撞，并且此时爆轰波母线已传到了B处。由假设(4)有AB＝BC。V0与AC方向一致。δ为V0偏离A点法线的一个飞散角(也称抛射角)。可以把闭合点处(c点)的V0，分解到BC和）OC两个方向上，即有V0二Vl+V2194.2聚能射流形成理论如果在具有Vl速度的动坐标系上

6、来看药形罩的压垮过程，只能看到罩材料是以V2的速度沿母线向轴线流来。它类似于一股定常流体冲击刚性壁面的情况，在碰撞点分为方向相反的两股流。由于定常不可压缩流体满足伯努利（Bernoulli）方程，即流体各处满足204.2聚能射流形成理论在具有V1速度的动坐标系上观察射流和杵的运动（图4-2-2)214.2聚能射流形成理论在距碰撞点较远各处(O、B、H点等)的压强可认为近似相同，也相同，由上式可得：在静坐标系中，射流的速度为：（4-2-1）杵体的速度为:（4-2-2）224.2聚能射流形成理论由图4-2-1，可得：由正弦定理可得：234.2聚能射流形成理论即(4-2-3

7、)(4-2-4)将其代入(4-2-1)、(4-2-2)式得：(4-2-5)(4-2-6)244.2聚能射流形成理论在ΔOBC中，∠OBC＝2δ，则β＝α＋2δ(4-2-7)即δ＝β-α-δ带入(4-2-5)、(4-2-6)式，稍加变换，vj，vs也可写为：(4-2-8)(4-2-9)式中β角为压垮角。254.2聚能射流形成理论设ue为爆轰波沿罩面扫过的速度，t为A点闭合运动到C点所用的时间，则有uet=AB，v0t=AC。由图可得(4-2-10)如果爆轰波是按平面波的形式以爆速D沿轴向传播，则ue=D/cosα(4-2-11)264.2聚能射流形成理