杀伤破片侵彻击穿和引爆靶弹的分析与研究

本文针对破片战斗部的杀伤破片击穿和引爆靶弹的毁伤机制，介绍了一种具有实用价值的分析计算法，对破片穿靶的侵彻过程进行了系统的分析；导出了冲塞式正(斜)击靶的穿靶后，破片和塞块的速度Vr．同时，对穿靶后的速度是否可以引爆靶后装药进行了分析和计算，得出了具有一定通用性的引爆速度阈值计算公式，并最终通过试验验证了分析的正确性和可行性。     

柱形破片对有限厚铝靶垂直侵彻过程研究

建立了柱形破片垂直侵彻有限厚铝靶极限穿靶速度和穿靶后剩余速度的计算模型,描述了穿靶后剩余速度与靶板厚度、破片直径等之间的关系,并进行了数值计算和试验验证,经比较,模型计算、数值计算结果与试验有较好的一致性,所建立的模型能够较好描述柱型破片垂直侵彻有限厚铝靶的物理过程.     

钨合金破片高速穿甲工程计算方法探讨

为研究德马耳公式对合金破片穿甲性能的适用范围,采用该公式对钨合金球形破片在不同靶板厚度下的极限穿靶速度进行理论预测,采用数值模拟及靶试考核的方式对其验证。结果表明:由德马耳公式计算得出的极限穿靶速度,在靶板厚度为15 mm时,与数值模拟和靶试考核的结果一致;而靶板厚度为20 mm时不能侵彻靶板,与数值模拟和靶试考核结果差异较大。由此得出,德马耳公式适用于低速和高速下极限穿靶速度的预测,而对于超速穿甲具有一定的局限性。     

几种钨合金破片垂直侵彻装甲钢板极限穿透速度研究

文中从理论和实验两个方面研究了战斗部中典型的预制破片钨球、钨柱和钨块对装甲钢板的侵彻性能；分析了钨柱、钨块破片因着靶姿态不同存在着不同的极限穿透速度；给出了不同着靶姿态侵彻阻力面的理论模型，推导出了计算极限穿透速度的公式，并计算了三种典型预制破片的极限穿透速度，与测试的弹道极限进行了对比。     

爆炸成型弹丸垂直侵彻装甲钢靶后破片动能分析

为获得具有较大动能的靶后破片来源以及轴向位置,开展了爆炸成型弹丸（EFP）垂直侵彻装甲钢的试验和仿真研究。借助经过试验验证的仿真方法,分析不同靶板厚度(30~70 mm)、不同EFP着靶速度(1 650~1 860 m/s)下,某典型EFP垂直侵彻装甲钢板后靶板和EFP产生的靶后破片速度、质量沿轴向的分布规律。结果表明：靶板和EFP产生的靶后破片速度随轴向位置近似呈线性增加,当靶板厚度或EFP着靶速度二者之一固定时其斜率固定,并且破片来源(由靶板或EFP产生)对包络线截距的影响也很小;靶板产生的大质量(>10 g) 破片均分布在破片云中间或者靠近靶板的位置,EFP产生的大质量(>10 g)破片均分布在远离靶板的位置;具有较大动能的靶后破片主要由EFP产生,并位于远离靶板的位置。     

战斗部破片通靶测速法

为了配合破片战斗部的研制，对靶网法测破片速度进行了改进，采用印刷线路板做靶网，使原来的打断靶改成打通靶，并采用高精度多通路计时仪，用这种通靶测速法，对三种型号战斗部的破片速度进行测量，试验结果表明：该方法准确可靠，可与4000-6000幅/秒的高速照相法的结果相比较。该方法可测近距离（0-6米）范围内破片速度和衰减系数。本方法特别适用于中、小型战斗部或破片飞散角小的战斗部。     

破片对柱壳装药的撞击毁伤试验研究

文中对射弹撞击引爆装药的几种判据进行了分析，并利用某型破片式战斗部对带防护的柱壳装药模拟靶进行了易损性毁伤试验研究。针对常规破片撞击毁伤不同装药模拟靶的试验结果进行了效应分析，与常用的工程判据进行了对比，给出了破片对此种类型柱壳装药的可能毁伤的阈值范围。     

长径比及着靶姿态对钨柱极限穿透速度的影响

为了解长径比及着靶姿态对钨柱破片极限贯穿速度的影响,在试验基础上,通过仿真研究不同长径比下,钨柱(23g)侵彻10mm厚的40Cr靶和均质装甲钢的极限穿透速度随着靶姿态的变化情况。研究结果表明:长径比和着靶姿态是影响极限贯穿速度的重要因素,在一定重量条件下,当长径比为0.8,着靶姿态对极限贯穿速度的影响较小,当长径比大于1.2,着靶姿态对极限贯穿速度的影响非常明显。这一结论为破片战斗部设计提供重要的参考依据。     

钨块对软钢板侵彻实验研究

由钨块对软钢板正侵彻实验，发现钨块的着靶姿态是随机变化的，正着靶、斜着靶、尖着靶是钨块的三种典型着靶姿态，试验表明着靶姿态不同，破片的极限穿透特征有较大差异：如极限穿透速度、靶板穿孔形状等。显然用传统的极限穿透速度来衡量钨块对软钢板是否穿透已不科学。本文提出涉及钨块姿态的极限穿透速度函数，以衡量钨块穿透靶板的能力。     

钨球及六棱钨柱破片侵彻Q235叠层靶特性研究

为研究破片形状及质量对其侵彻性能的影响和靶板分层方式对其抗侵彻性能的影响,采用12.7 mm标准弹道枪发射质量为8.05 g、直径为9.4 mm的钨球以及质量为12 g、尺寸为内切圆Φ 9 mm×9.5 mm的六棱钨柱,分别撞击材料为Q235的3种不同结构靶板。通过试验和R-I公式得出了钨球及六棱钨柱破片侵彻3种不同结构Q235靶的弹道极限。在此基础上,验证了选用模型及参数的有效性;并采用数值模拟方法研究了相同质量下两种不同形状破片侵彻Q235靶性能的差异性。研究结果表明,破片侵彻靶板的性能不仅与破片形状、靶板分层结构有关,还与破片侵彻靶板的速度以及破片质量有关。六棱钨柱侵彻靶板性能与其着靶姿态以及靶板结构有关。在质量相同以及一定侵彻速度的条件下,球形破片侵彻靶板的能力高于六棱柱破片,叠层靶比相同厚度单层靶能够提供更好的抗六棱柱破片侵彻的能力。     

球形弹垂直碰撞金属靶板的实验研究

本文论述了钨球垂直碰撞金属靶板的实验现象,分析了钨球破碎机理,建立了钨球破碎穿透靶板临界速度Vps的计算公式。     

基于板厚补偿的921A钢与Q345钢靶板在截卵形弹体侵彻下的等效方法

对于弹体侵彻舰船靶标试验,由于船用特种钢材较为昂贵,试验成本过高,开展普通船用钢材替代船用特种钢材的等效性研究。为确定不同材料靶板之间的等效关系,基于剩余速度相等原则,采用量纲分析及补偿模型的方法,提出基于补偿模型的材料等效工程化设计公式。该公式中等效板厚与原型板厚之比和等效板屈服强度与原型板屈服强度之比要满足幂指数关系,而幂指数系数要通过实验或仿真方法确定。运用有限元分析软件LS-DYNA对截卵形弹体垂直侵彻921A钢 和Q345钢均质靶板过程进行数值仿真,结果表明计算结果与实验结果吻合较好,验证了数值仿真方法的正确性。通过对数值仿真计算得到的等效板厚拟合,提出两种材料靶板等效板厚与动态屈服强度之间的经验公式,并验证了补偿模型公式的有效性。为舰船靶标侵彻实验的等效靶设计提供了理论依据和数据参考。     

柱形93钨弹体超高速撞击薄钢板穿孔及破片群扩展特征

为进一步研究柱形弹体超高速撞击靶板的破片群扩展、弹体侵蚀等问题,开展柱形93钨 弹体超高速撞击薄钢板实验研究。通过量纲分析方法给出柱形弹体穿靶的穿孔直径经验公式;利用高速摄像技术获得靶后破片群运动图像,分析破片群扩展规律以及弹体的侵蚀规律;基于微观组织分析,探索超高速撞击中弹靶材料的熔化问题。结果表明：通过对实验数据的拟合,认为在弹靶材料不变的情况下,靶板穿孔直径、靶后破片群轴向扩展最大速度、横向扩展最大速度近似和弹体直径、靶板厚度、撞击速度相关,而对于弹体侵蚀长度,除上述参数外还与弹体长径比相关;在柱形弹体超高速撞击靶板问题中,靶板背表面产生层裂并在破片群前部形成速度大于剩余弹体速度的“尖端”,可近似由靶板厚度小于弹体直径的0.72倍来确定;当柱形93钨弹体以2~3 km/s速度撞击靶板时,靶后破片群尚未发生大范围熔化,但当破片群、剩余弹体撞击第2层靶板时,受到二次加载作用,撞击区附近将发生大范围的材料熔化。     

加筋靶板抗穿透特性的实验研究

针对几种结构形式不同的加筋靶板受球头及截卵两种弹头形式的高速动能弹丸穿透时的冲击特性,开展一系列的实验研究。根据实验结果,讨论靶板变形破损模式、弹丸速度及姿态的变化规律等。在此基础上,总结针对钝头弹丸,预测加筋靶板极限穿透速度的经验公式,以指导结构抗穿透防护设计。     

金属靶板扩孔冲塞穿孔弹头临界锥角分析

研究了刚性锥头弹垂直贯穿金属靶板扩孔冲塞型穿孔模式,在理想弹塑性材料两阶段工程模型的基础上,考虑靶板为硬化材料,得到扩孔冲塞型穿孔弹头临界半锥角及相应的弹道极限.分析了弹头长度、弹丸质量和靶板材料参数对临界半锥角的影响.计算结果与已有试验结果吻合较好.     

无量纲参数对破片弹道极限速度的影响

为开展93W钨合金破片对616装甲钢侵彻性能的研究,通过弹道枪试验分别对立方破片(底面为正方形)和圆柱破片进行了弹道极限速度测试,并基于试验结果对理论公式进行了修正,修正后的公式可应用于预测破片弹道极限速度。将仿真结果与试验结果进行了对比,验证了材料的可靠性,根据破片初速及剩余速度建立回归方程,外推得到破片的弹道极限速度,并进一步研究了无量纲弹长及无量纲靶厚对弹道极限速度的影响。结果表明,当确定破片及靶板的材料后,弹道极限速度仅与无量纲弹长和无量纲靶厚有关; 当无量纲弹长与无量纲靶厚确定后,破片形状对弹道极限速度的影响非常明显,立方破片更容易穿透靶板。当无量纲靶厚为1.6时,破片正侵彻12 mm厚度的靶板,弹道极限速度随破片无量纲弹长的增加而加大,且无量纲弹长每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约45 m/s; 当无量纲弹长为1.0时,破片正侵彻不同厚度的靶板,弹道极限速度随无量纲靶厚的增加而加大,且无量纲靶厚每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约50 m/s。     

聚能射流对厚壁移动靶的侵彻理论与数值模拟分析

为有效拦截摧毁来袭大壁厚高速运动的导弹和钻地弹,提出了一种采用破甲战斗部的攻击模式。基于虚拟源点理论并采用微元法,将射流微元与厚壁移动靶板的相互作用过程分为两个阶段： 第一阶段,射流微元在侵彻过程中不受靶板侧向力干扰,分析了该过程侵彻深度和孔径的变化规律;第二阶段,射流在侵彻过程中受到靶板的侧向干扰,建立了射流受干扰时的横向漂移速度及受干扰射流的侵彻深度等理论模型。为验证理论模型的正确性,设计了一种40 mm口径聚能装药,通过有限元软件LS-DYNA分析了聚能射流垂直侵彻不同移动速度靶板（0~600 m/s）的侵彻深度及孔径变化规律,同时结合Marmor等^\[17\]的试验数据,与所建理论模型计算结果进行对比。结果表明：破甲战斗部是对付高速运动厚壁战斗部的有效手段,所建理论模型可精确地计算出射流微元在各个阶段的运动状态,从而获得总侵彻深度随靶板运动速度变化的规律;靶板运动速度越高,无干扰侵彻阶段经历时间越短,射流受干扰程度越明显,破甲深度与扩孔孔径也越小。     

战斗损伤仿真中的等效靶与破片终点速度研究

概述了目前普遍采用的战斗损伤仿真分析方法,论证了其等效靶公式存在的缺陷。通过理论分析采用能量等效的原则建立了新的等效靶公式,取代了原来由强度等效得出的等效靶公式。选择了适用于战斗损伤仿真的极限速度公式,并提出了剩余速度的求解方法。利用前人做过的物理试验进行了验证。结果表明：建立的等效靶公式和剩余速度求解方法显著地提高了计算精度,可以应用于战斗损伤仿真分析中。     

穿甲弹垂直侵彻陶瓷复合靶弹道极限速度的研究

为研究7.62 mm穿甲弹垂直侵彻陶瓷金属复合靶板的弹道极限速度,基于能量守恒提出一种改进的理论分析模型,进行了7.62 mm穿甲子弹侵彻陶瓷/装甲钢复合靶板的试验研究,并通过理论分析的方法对试验结果进行验证计算。研究结果发现:陶瓷/装甲钢复合靶板利用该理论分析模型计算出的弹道极限速度与弹道试验结果吻合的较好;综合理论分析和数值模拟分析结果,得出弹道极限速度与陶瓷锥质量正相关。基于理论模型的可靠性,可预测不同复合靶板厚度下弹芯剩余高度,得出陶瓷厚度是决定弹芯剩余高度主要因素。