目前，国内外对聚能装药技术的研究主要集中在性能优化上，从装药结构及各组成部分入手进行了大量深入的研究，但对战斗部的毁伤性能研究相对较少，对聚能型战斗部水下作用规律和毁伤机理的研究更是不够深入。欢迎同行学者参考引用该文献，并将引用情况回复微信互动，谢谢！
本文引用格式：李兵，房毅，冯鹏飞.聚能型战斗部水中兵器毁伤研究进展［J］.兵器装备工程学报，2016(2):1-6.
LI Bing, FANG Yi, FENG Peng fei.Process of Damage Research on Shaped Charge Warhead of Underwater Weapon［J］.Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(2):1-6.本文主要从聚能射流形成理论研究、聚能装药优化设计研究、数值仿真方法、试验方法及测量方法等方面介绍聚能装药技术研究现状和研究方法，并针对聚能装药战斗部的水下使用特点，介绍聚能装药水下作用特性研究进展，提出聚能装药战斗部水中兵器毁伤研究的主要发展方向。国内外对聚能射流的理论计算进行了大量研究，但到目前为止尚没有形成一套比较完善的理论计算模型。Birkhoff等人在1948年首先系统阐述了聚能装药射流形成理论，称为定常理想不可压缩流体力学理论。该模型预测射流的长度是不变的，等于锥形药型罩的母线长度。Pugh、EichlBerger和Rosstoker等人对Birkhoff的定常理论作了改进，提出一种非定常的射流形成理论，被称为PER理论[4]。PER理论假定锥形药型罩在爆轰波作用下，压合速度是变化的，压合速度从罩项至罩底逐渐减小，从而产生了较大的射流延伸。PER理论被Allison、Vitali等人的实验证实是非常有效的，成为射流分析模型的基础。药型罩是聚能装药战斗部结构的核心部分，是炸药爆轰能量传递的载体。药型罩的材料、几何形状、尺寸以及加工工艺对聚能装药战斗部的性能都有明显的影响。因此，国内外对于聚能装药药型罩的设计方面开展了大量的研究工作。研究人员采用灰色系统理论对聚能战斗部设计的主要影响因素进行了分析。张先锋]等主要分析了药型罩几何结构对EFP性能的影响，得出装药高度是影响EFP性能的主要因素；尹建平等主要研究了药型罩锥角、壁厚、材料密度因素对EFP性能参数的影响；林加剑等综合考虑了装药结构和药型罩结构对EFP速度的影响，认为影响EFP速度的因素依重要性，依次为装药密度、爆速、药型罩锥角、药型罩直径、装药高度和药型罩壁厚；陈智刚等主要研究了工艺、结构参数对聚能射流作用效果的影响；段建等采用数值仿真方法，研究了装药长径比、装药密度、药型罩材料、起爆方式以及壳体厚度对爆炸成型弹丸性能的影响规律。此外，李刚等采用均匀设计方法研究了变壁厚球缺型药型罩结构参数对EFP侵彻能力的影响；唐蜜等采用正交设计方法分析了药型罩曲率半径、药型罩壁厚、装药长径比、壳体厚度对爆炸成型弹丸的速度影响规律。上述研究方法、研究成果对于药型罩设计优化工作起到了很好的指导作用。数值仿真方法具有耗资小、安全性好等优点，而且，由于仿真计算结果可以更加细致地描述聚能装药内部各种力学参数的变化情况，通过调整尺寸参数和材料性质参数，还可方便地进行对比研究。因此，在聚能装药相关研究方面，研究者大多采用数值模拟与试验相结合的研究方法，数值模拟为试验提供指导，试验对模拟结果进行验证。LS－DYNA具有功能齐全、材料模型全面以及摩擦和接触分享处理方便等特点，在国内外得到了大量的应用。LS－DYNA以Lagrange算法为主，兼有ALE和Euler算法。由于聚能装药技术涉及材料大变形和流固耦合，通常采用ALE方法进行研究。在聚能装药研究过程中，常采用模型试验方法对聚能装药毁伤过程、毁伤结果进行验证和分析，因此，聚能装药相似律适用的研究是正确进行模型试验的理论基础。唐蜜等利用相似理论分析了爆炸成型弹丸侵彻钢靶过程的相似参数，建立了爆炸成型弹丸侵彻钢靶的相似律关系，并以球缺型爆炸成型弹丸为计算模型，对满足模拟比的爆炸成型弹丸侵彻靶板的过程进行了数值模拟。结果表明，侵彻相似律在爆炸成型弹丸侵彻中是成立的，模拟弹与原型弹的成型符合相似律，其对钢靶的侵彻深度也满足模拟比。陶为俊等也利用相似理论分析了聚能射流侵彻钢靶板的过程，建立了相关相似律模型，并对二种满足侵彻相似律的不同比例的模型进行了数值仿真计算，认为侵彻相似律可应用于聚能射流侵彻钢靶板的数值模拟。王团盟等利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA，采用ALE流固耦合算法，分析了缩比鱼雷聚能战斗部EFP侵彻过程中加速度和速度的变化规律，并与陆上试验结果进行了对比，计算结果和试验结果比较接近，具体表现为：二者EFP在4个测试点处速度相差8.79%，各结构模拟靶侵彻深度相同，破孔直径相差13.46%。聚能装药的试验测试通常采用陆上静爆试验方法。反潜模式下模拟潜艇水舱在试验中布置一定厚度的水层。以聚能型鱼雷战斗部破甲能力试验而言，模拟试验装置从前到后一般依次为鱼雷聚能战斗部、鱼雷自导头段模拟靶、潜艇非耐压壳模拟靶、潜艇模拟水舱、潜艇耐压壳模拟靶、后效靶等。为了验证考核聚能战斗部在侵彻潜艇耐压壳体后的后效毁伤能力，试验中通常在耐压壳模拟靶后布置数个具有一定间隔的后效靶板。事实上，后效靶板的间隔对于战斗部的毁伤效果影响非常大。谢文、刘洋等对聚能战斗部侵彻多层间隔靶问题进行了研究，梁争峰等[50]采用实验方法对间隔靶对射流侵彻能力的影响问题进行了研究。通过对不同间隔靶板的垂直侵彻和斜侵彻实验表明：间隔靶对射流侵彻能力的影响随间隔值大小而改变；射流在间隔靶间的飞溅是间隔靶降低侵彻能力的主要因素；而且，间隔靶对射流侵彻能力的降低存在一个极限值，为5.5%左右，超过极限值后，随着间隔值的增大，射流侵彻能力将逐渐恢复。试验中，对于聚能射流速度的测量通常采用电探针网络或高速摄影方法实现。电探针网络测试法需要在目标靶中间设置多个电探针，相当于在射流侵彻方面上直接增加了大约2mm厚的钢靶板，且增加了多个接触间断面，使射流（或射弹）经过这些界面时对侵彻过程的稳定性造成不利影响，进而对射流穿靶能力产生一定影响。杨莉等 对变壁厚球缺型聚能战斗部形成的爆炸成型弹丸进行了成型实验和侵彻多层含水复合装甲的侵彻实验，利用脉冲X光高速摄影技术和电探针测试技术得到了爆炸成型弹丸的飞行特性和对含水复合装甲的侵彻规律。研究结果表明：爆炸成型弹丸水中运动速度成指数倍降低；爆炸成型弹丸对含水复合装甲结构的侵彻威力主要取决于弹丸的形状和初速度。凌荣辉等采用试验方法测量得到了大锥角型、球缺型、亚半球型聚能战斗部形成的弹丸水下运动速度曲线，比较了不同结构形式药型罩形成的弹丸水下速度变化特点，认为弹丸在水介质中的速度变化与弹丸外形关系密切，长细杆弹体比短粗（或球形）弹体更有利于穿甲。杨莉等[采用数值仿真方法对爆炸成型模拟钢弹丸侵彻水介质进行了计算，分析了弹丸形状和入水速度对弹丸侵彻性能的影响，给出了弹丸水中运动速度衰减规律。研究结果表明：侵彻相同厚度水层时，短粗弹丸比亚球形弹丸速度损失小，存速能力强，有利于弹丸后续侵彻；对于同种材料的模拟弹丸，入水速度越高，弹丸头部磨损变形越大，速度衰减越快。陈冬梅等针对形成聚能效应的三类侵彻体即射流、杆式射流和爆炸成型弹丸，分别设计了三种典型药型罩鱼雷战斗部——等壁厚圆锥形、半球形、球缺形，并对上述三种战斗部进行了目标毁伤数值仿真和对比分析，给出了三类聚能侵彻体在水介质中的运动规律和破甲毁伤效果，研究认为：侵彻体侵彻入水速度存在最佳值，入水速度低，则速度衰减小，有利于侵彻深度的提高，但将影响后期破甲效果；半球形药型罩形成的杆式射流可以形成明显的水下空腔随进效应，其破甲能力明显优于等壁厚圆锥形和球缺形药型罩。步相东等对鱼雷聚能战斗部EFP在水中运动特性进行了数值仿真分析，对EFP水中运动速度梯度和形状等参数随时间的变化规律进行了初步分析，研究认为：EFP形状将直接影响对船钢靶侵彻孔洞直径的大小，且随着运动时间的增加，EFP头部出现墩粗现象，直径逐渐增大。曹兵采用同一批次的EFP战斗部分别进行了空气中爆炸对空气中靶板的侵彻试验、EFP空气中形成后经水层对水下靶板的穿靶试验、EFP战斗部水中爆炸对水中舰船模拟靶的侵彻试验以及EFP水中运动过程的脉冲X光摄影试验，研究了EFP战斗部水下作用特性。试验结果表明：EFP战斗部空气中爆炸对空气中靶板的破孔孔径约为EFP弹丸直径的1.85倍，EFP空气中形成后经水层对水下靶板的破孔孔径约为EFP弹丸直径的10倍，EFP战斗部水中爆炸对水下靶板的破孔孔径约为EFP弹丸直径的20倍；研究认为：EFP战斗部水中爆炸对目标靶的破坏威力大于其在空气中爆炸后EFP再入水穿靶的威力威力，其破坏效应主要来自EFP弹丸、冲击波和二次脉动压力，水中冲击波对EFP对目标靶上的破坏效果有明显的增强作用。步相东认为，聚能型水中兵器战斗部形成的射流或射弹在贯穿舰艇的装甲或潜艇的外壳、在被攻击的目标外壳上形成破坏性孔洞后，冲击波到达已经有穿孔的舰艇装甲时，将对已受损伤的舰艇装甲和舱内目标造成进一步破坏，然后，战斗部爆炸后产生的气泡及二次脉动压力也作用于目标，对产生的孔洞进一步撕裂和破坏，对其中的人员、设备等实施进一步杀伤，使目标最终失去战斗力。目前对于聚能型战斗部水下弹道特点和侵彻效果等研究不够充分，对聚能战斗部兵器水下作用规律和侵彻性能方面的研究还不够深入，对聚能型水中兵器毁伤元素、毁伤模式及其毁伤机理还不够明确等。 为了进一步提高聚能型战斗部的毁伤威力，应针对具体的应用领域开展聚能装药新技术研究，包括采用K装药技术、多功能多模式装药技术、串联战斗部系统、新型药型罩材料、新型起爆器设计等。 聚能装药作用过程具有高速性和瞬时性等特点，仿真研究涉及材料大变形、瞬态不连续性等问题，因此对于仿真模型建立、算法选取与应用、参数选择、计算模拟精度等方面均需进行深入分析。此外，开发我国的自主数值模拟软件，更是今后的一个重要研究方向。 试验和测量是获取兵器毁伤威力、毁伤作用效果最有效、最直接的手段，也是对仿真结果准确性的最好校核手段。目前对于聚能装药战斗部水中兵器的试验研究通常采用陆上水箱静爆试验方法，由于边界条件的存在以及部分陆爆试验过程不完全在水介质中进行，导致静爆试验结果无法完全真实反映其水下作用效果。有必要加大水中兵器水下静爆试验、动态实航试验的研究投入力度，并加强测量技术研究手段，以真实获取聚能型水中兵器对目标的毁伤结果。毁伤效能评估是综合考虑战役战术目的、战场环境、火力力量、目标性质等因素，对实际毁伤效果进行综合分析和评定的过程，对于系统目标的毁伤评估，目前尚没有成熟的理论方法。对于聚能型水中兵器，由于其毁伤机理、毁伤要素的研究还不够深入，尤其是针对其主要作战目标——潜艇的毁伤评估研究更是相对薄弱。这是今后的一个重要研究方向。采用聚能装药战斗部是目前兵器战斗部的一个研究热点。经过多年的发展，聚能装药相关研究工作取得了一定进展，但在毁伤机理、毁伤评估研究方面，尤其是聚能型水中兵器的毁伤研究方面差距较大。今后，应大力加强毁伤机理、新型装药技术、仿真技术、毁伤评估等的研究力度，并加大实爆试验研究投入，进一步推动我国新型水中兵器的建设发展。
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