本文针对同口径串联聚能装药战斗部,以提高毁伤效应为目标,重点围绕串联匹配的设计方法、前后级毁伤元的优化、前后级装药的隔爆机理、串联毁伤元对装甲目标的毁伤效应进行了研究,为建立串联聚能装药战斗部系统设计方法提供理论和技术基础。本文的主要研究内容及成果如下：(1)研究了同口径成型装药的串联匹配关系,提出了前后级匹配条件。主要包括延迟起爆时间与系统各参量的匹配关系,两级射流的威力匹配。结果表明,后级射流头部速度、后级射流穿过隔爆装置头部速度的消耗量对延迟时间影响较小,并找出了其余各参量满足匹配条件的选取范围,前级射流尾部速度为1500m/s-2000m/s,前后级装药间距为2Dk-3Dk(Dk为装药直径),后级装药到隔爆装置距离至少为一倍装药直径,前级装药炸高为1.5Dk～2Dk。威力匹配的计算结果表明,前级装药应该满足小炸高条件下大开孔兼顾侵深的要求,后级装药要求在大炸高下具有较强的侵彻威力。数值模拟研究了串联毁伤元的形成及其对目标的作用过程,验证了总体方案的可行性。(2)研究了串联聚能装药战斗部前级杆式射流的成型及侵彻特性。将爆轰波碰撞理论引入改进的PER理论,通过理论分析和数值模拟研究了药型罩不同区域碰撞压力、压垮速度、射流速度、射流质量等参数的变化。正交优化设计了带隔板偏心亚半球罩装药结构,获得了满足前级装药大开孔兼顾穿深要求的罩顶与罩口部厚、中间薄变壁厚结构,具有该特征的结构形成的杆式射流质量提高了29.5%,头部速度提高了21.3%,尾部速度也有所提高。针对优化结构进行了小炸高侵彻试验,侵彻性能得到显著提高。(3)对后级双锥罩的装药结构进行了优化设计。基于灰关联理论研究了双锥罩上锥角、壁厚、罩高、上锥高占罩高比例对射流头部速度、拐点速度、头部位置和拐点位置的影响规律,获得了优化后各参数的选取范围,通过X光试验验证了理论和仿真结果的准确性。建立了同时考虑冲击波、射流速度分布及射流状态的侵深计算模型,试验验证了该模型预测侵深的准确性,比较了各分界点因素对射流侵深的影响,获得了炸高及双锥罩结构参数对射流侵深的影响规律。研究了大炸高下双锥罩聚能装药的侵彻规律,建立了匹配双锥罩上、下锥角、炸高的侵深经验模型。(4)研究了前级装药爆炸产生的冲击波在隔爆结构中的衰减特性。利用一维冲击波理论计算了隔爆结构中冲击波的初始参量及在隔爆结构中的衰减,衰减系数随着隔爆材料阻抗的增大而增大。采用45#钢、Ly-12铝和有机玻璃三种材料设计了顺序波阻抗、逆序波阻抗及硬软硬三种多层介质隔爆结构,利用冲击波Hugoniot方程以及等熵流动Murnaghan方程对冲击波反射和透射过程进行了计算,通过锰铜压阻传感器测得了不同分界面处冲击波压力史,研究结果表明逆序波阻抗的输出冲击波压力最小,向上凸型的隔爆结构能够使能量稀疏。(5)研究了串联聚能装药战斗部的隔爆机理。基于非均质炸药冲击起爆判据建立了多层介质隔爆效果的评价方法,获得了隔爆材料、装药直径、炸药材料特性对隔爆效果的影响规律。通过数值模拟研究了后级装药在冲击载荷下的响应,分析了多层介质中能量传输和分配。进行了多层介质排序、厚度分配和总厚度对隔爆效果影响的研究,结果表明隔爆结构的第一层介质选择吸能性较好材料而第二层选择阻能性较好的材料对炸药的安定性更有利,且吸能性材料的比例应较大,波阻抗逐渐增大的多层介质隔爆效果最佳。开展了串联聚能装药战斗部隔爆及串联侵彻试验。