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近年来,各种新型装甲的防护能力不断提升,作为一种重要的反装甲弹药,现有聚能装药难以对高强度装甲防护目标实现高效毁伤,开展新型聚能装药结构研究变得极为迫切。本文针对在高强度金属靶上高穿深、开大孔的需求,提出了广义“超聚能”装药概念,其包括在侵彻深度上超过传统聚能射流的“超聚能射流装药”和在侵彻孔径上超过传统EFP、侵彻深度上超过传统环形聚能装药的“超聚能环形侵彻体装药”。采用数值模拟为主要研究手段,结合理论分析与试验验证对超聚能装药的形成及侵彻机理开展了比较系统的研究。主要研究工作如下:(1)基于超聚能射流形成基本理理论,设计了喷射型超聚能射流装药结构,开展了喷射型超聚能射流静爆破甲实验,测得了射流头部速度,获取了附加装置及靶板的破坏效果,通过不同的算法数值模拟结果与实验结果对比,确定了合理的数值算法,给出了喷射型超聚能射流形成过程,分析了附加装置材料对超聚能射流形成的影响。结果表明,当附加装置材料为钢、铜、钨时,射流质量并没有得到提高;当附加装置为刚性时,射流质量约占药型罩总质量的43.8%,远大于传统聚能射流,但射流速度降低了,导致有效射流质量仅占药型罩总质量的8.2%。(2)为了解决喷射型超聚能射流装药结构的不足,基于超聚能射流形成基本理论,设计了圆台辅助型超聚能射流装药结构,给出了圆台辅助型超聚能射流形成过程,分析了药型罩及附加装置截顶高度对超聚能射流形成的影响,对比了传统聚能射流与圆台辅助型超聚能射流的关键参数,开展了圆台辅助型超聚能射流在不同炸高下的侵彻能力数值模拟及实验研究。结果表明,圆台辅助型超聚能射流有效射流质量大于相同工况下的传统聚能射流,有效射流质量能够达到药型罩总质量的17.3%,但其射流头部速度小于传统聚能射流。(3)为了解决圆台辅助型超聚能射流头部速度低的问题,基于超聚能射流形成基本理论,设计了平板辅助型超聚能射流装药结构,给出了平板辅助型超聚能装药射流形成计算模型,采用X光实验验证了平板辅助型超聚能射流装药结构数值模拟的可靠性,给出了平板辅助型超聚能射流形成过程,分析了药型罩材料、附加装置材料、药型罩截顶高度及壁厚对超聚能射流形成的影响;采用数值模拟及X光实验相结合的方法,对比了传统聚能射流与平板辅助型超聚能射流的关键参数;开展了不同工况下的超聚能装药及传统聚能装药侵彻能力实验。结果表明,相同工况下,平板辅助型超聚能射流头部速度较传统聚能射流能够提高33.6%,有效射流质量能够提高4.3%,射流部分长度能够提高12.0%;附加装置材料对平板辅助型超聚能装药的侵彻能力具有重要影响,不同炸高下,钨附加装置超聚能装药的侵彻深度均大于相同工况下传统聚能装药的侵彻深度,侵彻深度能够提高6.1%。(4)基于平板辅助型超聚能射流装药结构的优点,开展了传统聚能装药与超聚能射流装药侵彻混凝土层叠靶及间隔靶的对比研究,建立了一个能够预测聚能装药对混凝土间隔靶侵彻深度的理论模型。结果表明,相较传统聚能射流,平板辅助型超聚能射流对混凝土层叠靶的侵彻深度提高了约16.3%,对混凝土间隔靶的侵彻深度提高了约14.6%。(5)为了解决传统EFP破甲孔径小、现有环形聚能装药侵彻深度浅的问题,设计了超聚能环形侵彻体装药结构,建立了药型罩微元速度理论求解模型,采用X光实验验证了超聚能环形侵彻体形成数值模拟结果的可靠性,给出了超聚能环形侵彻体的形成过程,揭示了超聚能环形侵彻体形成的主要影响因素;实验研究了主要参数对破甲孔径及侵彻深度的影响规律,验证了不同装药直径下的优化设计结果。结果表明,药型罩最大壁厚位置θ′角度、壳体厚度对侵彻体径向速度、破甲孔径及侵彻深度均有较大影响,随着θ′角度、壳体厚度的增大,破孔直径逐渐减小,侵彻深度逐渐增加;相同工况下,不同装药直径的超聚能环形侵彻体装药结构破甲孔径均大于EFP、侵彻深度均大于传统环形聚能装药,破甲孔径能够达到0.92倍装药直径,侵彻深度能够达到0.64倍装药直径。