一种内含空间拓扑结构预控破片的战斗部及其建模方法

本发明涉及破片战斗部，特别是涉及一种内含空间拓扑结构预控破片的战斗部及其建模方法。

背景技术：

1、目前主流的破片战斗部主要有预制破片战斗部及预控破片战斗部两种。预制破片战斗部通常由壳体、预制破片、内衬等多个零件装配而成。

2、预制破片战斗部是将预制的破片嵌埋于基底材料中或粘接在装药外的内衬上。预制破片战斗部所用的破片均为事先制造而成的，因此可以根据需要制成各种造型如方形、球形、圆柱形等。此类预制的破片通过选取合适的外形，可以有效减少破片在运动中的能量损耗以提高破片的存速，也有利于对目标造成更好的侵彻效果，提高战斗部的杀伤范围及杀伤效果。对于预制破片战斗部而言，首先，由于预制破片是预先制作完成的，继而需要在后续工序中安装至战斗部中。为了保证战斗部有良好的毁伤效果，并使同一型号的战斗部实现标准化，预制破片以能于战斗中紧密有序排列为宜，因而预制破片与战斗部之间需要通过其它零件如衬套等加以固定、连接，因此预制破片战斗部具有零件数量多，装配工序复杂的缺点。其次，对于用于某一口径火炮的弹药而言，其最大直径是约定的，这说明战斗部可利用的空间是有限的，不能够随意拓展。对于弹药而言，用于装药的部分体积越大，装药量越高，毁伤能力越高。由以上事实可以得到以下推论，即理想的战斗部中各部件之间应当紧凑。然而现有的预制破片战斗部结构复杂，破片与破片、破片与衬套之间并非紧密连接而是有一些空间，通常填充树脂等材料，无法达到紧凑的理想状态。因此，预制破片战斗部具有空间利用效率低的缺点。

3、预控破片战斗部则依靠壳体失效产生破片。预控破片战斗部的表面刻有沟槽，当战斗部工作时，沟槽部分的壳体首先失效，从而使壳体解体为若干个相对规则的破片，进而对目标造成毁伤。预控破片战斗部零件数量少，装配环节少，有利于规模化生产。对于预控破片战斗部而言，预控破片战斗部破片来源于壳体，为了使壳体解体产生的破片更加规则可控，就需要在壳体上构造一系列的缺陷。现有预控破片战斗部，在战斗部壳体的表面上刻出预期形状的沟槽，人为的制造应力集中较为薄弱的区域。使所形成的破片形状与事先刻槽的形状较为接近或一致，进而很好的控制破片的数量、形状和大小。在传统的减材加工方法中，只能对战斗部的表面进行加工，无法在战斗部的内部制造缺陷。破片获得初速度后受空气阻力的作用速度逐渐衰减。当破片质量一定时，不同形貌破片的速度衰减系数主要受迎风面积及空气阻力系数的影响。现有的预控破片战斗部产生的破片形态通常为方形，在相同质量下，方形破片的速度衰减系数更高，更容易在运动的过程中失去动能。另外，对于破片的侵彻能力而言，方形破片也有所不足。因此现有的预控破片战斗部具有破片形貌不佳的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种内含空间拓扑结构预控破片的战斗部及其建模方法，以解决上述现有技术存在的问题，是一种内含了破片单元的壳体，其中的破片单元具有可以在三维空间内密铺的拓扑学特征，以确保材料和空间可以得到最大限度的利用。破片与破片之间存在缝隙以保证破片可以在战斗部工作时顺利分离，同时，破片与破片之间可以通过包括但不限于细杆或薄壁结构实现相互连接，以确保战斗部具有良好的整体强度。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种内含空间拓扑结构预制破片的战斗部，包括

3、战斗部主体，所述战斗部主体的壳体内排布有一层或多层预制破片；以及

4、预制破片，所述预制破片由多个结构相同并紧密连接的破片单元形成，相邻的所述破片单元之间通过连接结构相连；多个所述破片单元形成的所述预制破片在所述战斗部主体的壳体中均匀排布。

5、优选地，所述破片单元的拓扑结构采用截角正八面体结构，即将正八面体的各个角均进行相同的截角以获得截面相同的截角平面。

6、优选地，所述连接结构为薄壁结构，在所述破片单元的连接面上选取一条或多条曲线，破片单元的连接面上的曲线沿路径平移形成连接两相邻表面的曲面的薄壁结构。

7、优选地，所述连接结构为薄壁结构，以相邻的破片单元的相邻表面的相邻边缘端点建立薄壁结构进行连接。

8、优选地，所述连接结构为细杆，在所述破片单元的连接面上选取若干点，每个点按路径平移形成连接两相邻表面的细杆。

9、优选地，所述战斗部主体的内表面和外表面均为圆柱面，预制破片设置于战斗部主体的内表面和外表面之间。

10、本发明还提供一种内含空间拓扑结构预制破片的战斗部的建模方法，应用于上述的内含空间拓扑结构预制破片的战斗部，包括以下步骤：

11、步骤一：确定战斗部的外形、破片预期质量以及选用的材料，其中战斗部的外形包括战斗部的外表面的形态、内表面的形态以及连接部分的特征；

12、步骤二：确定选用的拓扑结构，选择截角八面体作为破片单元造型，截角八面体的体积v与边长a有如下关系：

13、

14、根据选用的材料的密度ρ，进而可以得到破片质量m与破片单元边长a的关系：

15、

16、根据这一关系，可以通过预期的破片质量求出边长的预测值a0，并进一步求出破片层的层高h0以及破片在周向上占据的长度l0；h0＝2a0，

17、步骤三：根据步骤一中确定的内外表面的形态，选取一个战斗部的横截面，先求出横截面轮廓中线的周长，由周长除l0，对商取整即可得到周向上破片单元的数量n1，再用周长除n1修正得到破片在周向上占据的长度为l1，再根据l1修正边长和层高得到a1、h1；再求出横截面轮廓的宽，用轮廓的宽除破片层高的修正值h1，若商非整数则对商向下取整，若商为整数则从商减去一，所得整数即为破片径向上的层数n2；

18、战斗部的内外表面均为规整的柱面，外表面直径为d，内表面直径为d，内外表面之间的宽为(d-d)/2，战斗部的横截面轮廓中线的周长单元边长的修正值为层高的修正值h1＝2a1，径向上破片层数为：

19、

20、步骤四：以破片单元中心为原点，求出各顶点坐标的集合p0，进而可求出各个平面的平面方程anx+bny+cnz+dn＝0；由于破片单元之间应当保有间隙δ，δ的值依据设备加工能力选取，在原单元内部建立各个面的平行平面anx+bny+cnz+dn’＝0，使新平面与原有平面的间距为δ，联立相邻的三个新平面的方程即可求出其交点坐标，得到修正的各顶点的坐标点集p1＝{(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)…(xn，yn，zn)}；

21、步骤五：创建一个长方体区域，这一区域在x轴方向上长为轮廓中线的周长c，在y轴方向长为上为轮廓的宽；根据步骤三中确定的参数，在这一长方体区域中求出各个破片单元中心的坐标，记为p2；

22、首先求出p2中第一个点的坐标：移动破片单元各点使得破片单元各顶点的横坐标值刚好全部非负，记下此时破片单元中心的x轴坐标和z轴坐标；由于径向上有n2层破片单元，因此点的纵坐标为轮廓宽的之后根据几何规律求出余下各点，将点集p1中的各点和p2中的点的各项坐标相加，即可得到各个破片单元上各个顶点在同一空间内的坐标点集p3；

23、步骤六：添加连接结构；

24、步骤七：坐标变换，将设计得到的结构映射到战斗部预期内外表面之间的空间中，在轴向选取一平面作为该空间的起始表面，将坐标点集p1、p2和p3的各点逐一映射到内外表面之间的空间中；完成战斗部的建模。

25、本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

26、本发明的内含空间拓扑结构预控破片的战斗部及其建模方法，包括战斗部主体和预制破片，本发明解决了预控破片类型战斗部破片形貌特征不佳的问题，传统的预控破片战斗部产生的破片一般为方形壳体，方形壳体破片的存速和侵彻效果都有所不足。本发明是一种内含了破片单元的壳体，其中的破片单元具有可以在三维空间内密铺的拓扑学特征，以确保材料和空间可以得到最大限度的利用。破片与破片之间存在缝隙以保证破片可以在战斗部工作时顺利分离，同时，破片与破片之间可以通过包括但不限于细杆或薄壁结构实现相互连接，以确保战斗部具有良好的整体强度。