试验验证超高速弹丸连续侵彻靶板时的侵彻效果代价过大,数值模拟预测提供了新的解决途径。建立了超高速弹丸与连续靶板模型,利用ABAQUS软件,结合Mie-Grüneisen状态方程、Johnson-Cook本构方程和Johnson-Cook断裂准则,对钨合金弹丸2km/s初速下连续侵彻钢质靶板进行仿真研究。超高速弹丸可连续侵彻6层厚度为30mm的靶板,相邻靶板受到了弹丸与飞溅单元的共同冲击,最后2块靶板主要受到飞溅单元的冲击。超高速弹丸每穿透一层靶板,头部及弹体表层发生着侵蚀变化、能量损失与速度变化。充塞穿甲是超高速动能弹的典型穿甲形式,穿甲威力大。数值模拟有助于认识超高速弹丸连续侵彻靶板的过程。

采用数值计算方法研究了超高速弹丸的气动流场特性,重点分析了弹丸再入段的气动流场特性。利用风洞试验数据验证了S-A和k-ωSST湍流模型的预测精度,计算结果表明,在法向力预测上,两种湍流模型的预测精度较高,均在2%以内。在轴向力预测上,S-A湍流模型的预测精度较高,误差约为4.6%。当弹丸以大攻角再入时,弹丸横流效应较为明显,迎风面由于激波作用使得弹丸表面压力急剧增大,而背风面形成脱落的大尺度流向涡结构,导致压力减小,其中,迎风面的压力增大对弹丸气动系数影响更大。大攻角下的弹丸气动阻力和升力系数呈现明显的非线性,阻力系数明显增大,而且弹丸的静稳定裕度也急剧降低,使得弹丸的收敛特性变差,这是引起弹丸再入段速度衰减的主要原因。