头部刻槽弹体高速侵彻混凝土实验研究.pdf

第 卷 第 期兵 器 装 备 工 程 学 报 年 月 收稿日期:修回日期:录用日期:作者简介:张博()男工程师:.:./.头部刻槽弹体高速侵彻混凝土实验研究张 博张丁山全嘉林赵永刚(西安近代化学研究所 西安)摘要:针对高速侵彻弹体提出了一种全新的花瓣形头部刻槽结构利用火炮次口径发射实验技术开展了头部刻槽结构弹体与传统尖卵形头部结构的弹体高速侵彻 钢混靶侵彻能力的实验研究 结果表明:种结构弹体以 /速度正侵彻 的 钢混靶时花瓣形头部刻槽弹体相比于尖卵形头部弹体具有更高的截面比动能因此头部刻槽弹体侵彻余速提升.弹体头部刻槽降低了混凝土碎块对弹体头部的摩擦作用力导致头部刻槽结构弹体质量损失率为.小于尖卵形头部结构弹体的质量损失率.关键词:高速侵彻头部刻槽弹体尖卵形弹体弹体侵蚀 钢混靶本文引用格式:张博张丁山全嘉林等.头部刻槽弹体高速侵彻混凝土实验研究.兵器装备工程学报():.:.():.中图分类号:文献标识码:文章编号:()():./.:引言钻地弹主要用于打击地下深层坚固目标随着目标防护性能的不断提升如何提升钻地弹的侵彻能力是该领域的研究热点 针对钻地弹弹头结构及弹体结构参数的研究张学伦等研究了弹丸头部形状 对侵彻能力的影响获取了 值对弹丸侵彻混凝土深度的影响特性余曜等研究了不同头部形状对弹丸高速侵彻混凝土的影响获取了弹丸头部形状、着靶速度和侵彻深度的关系张欣欣等提出了刻槽弹体侵彻混凝土受力模型该模型可用于刻槽弹对混凝土的侵彻能力分析邓佳杰等提出头部刻槽弹体对半无限厚铝合金靶具有相对于尖卵形弹体更好的侵彻能力等对具有 ()一般形式的弹体头部进行受力分析分析了头部系数 与惯性阻力的关系 等分析了弹体头部形状对沙土侵彻深度的影响提出了最小化阻力的弹体头部形状优化方法 等基于空腔膨胀理论建立并验证了卵形头部弹体的侵彻阻力经验公式在弹体高速度侵彻钢混靶时弹体头部形状导致的惯性阻力增大 头部形状成为影响弹体侵彻性能的重要因素 根据现有异形头部及刻槽弹体受力模型的研究结果提出了在弹体传统尖卵形头部基础上增加花瓣形头部刻槽结构用以减小弹体受力面积降低侵彻阻力结合 滑膛炮的次口径发射技术对比研究了弹体花瓣形头部刻槽结构与尖卵形头部结构以 /速度正侵彻 的 钢混靶的侵彻性能为弹体的结构设计提供参考 实验方案.实验弹状态弹体结构由壳体、装药及后盖组成 壳体及后盖材料为 钢内部装药为 基 炸药方案 弹体头部为尖卵形结构方案 弹体在方案 尖卵形头部上增加 个花瓣形头部刻槽结构弹体结构示意图如图 所示图 种实验弹体外形结构.种弹体方案参数列于表 之中 为弹体长度为弹体质心到弹体前端面长度 为弹体外径 为弹体头部弧段半径/为弹体质心比/为弹体曲径比表 为弹体材料主要性能参数在方案设计中弹体通过调整内部结构保证 种弹体结构质心比相同表 弹体结构参数 方案编号质量/长度/曲径比/外径/质心比/方案.方案.表 弹体材料主要性能参数 密度/()杨氏模量/泊松比屈服强度/.钢混靶状态钢筋混凝土靶板强度设计为 厚度 迎弹面尺寸为 体积配筋率为.实验前实测靶板抗压强度为 钢混靶如图 所示图 实验用 钢混靶.实验方法弹体通过 滑膛炮次口径发射使用断通靶及高速摄影获取弹体的着靶速度及出靶速度钢混靶后设置沙堆用于弹体出靶后回收实验布局如图 所示图 实验现场布局.张 博等:头部刻槽弹体高速侵彻混凝土实验研究 实验结果与回收弹体情况根据表 弹体参数加工实验用弹体 种方案分别开展 发实验弹体以 /速度、着角、攻角侵彻 钢混靶弹体穿靶过程如图 所示实验状态及实验结果列于表 之中图 弹体穿靶过程.表 弹体侵彻实验结果 序号弹头结构弹体材料弹体质量/着靶速度/()出靶速度/()尖卵.刻槽.尖卵.刻槽.实验后 发弹体完整回收实验前后弹体情况如图、图 所示弹体质量损失情况及长度变化情况列于表、表 之中图 尖卵形弹体实验前后状态.图 刻槽弹体实验前后状态.表 实验前后弹体质量侵蚀情况 弹体编号实验前弹体质量/实验后弹体质量/质量损失率/.表 实验前后弹体长度变化情况 弹体编号实验前弹体长度/实验后弹体长度/长度变化率/.实验结果分析.侵彻余速实验后对高速摄影所读取的弹体出靶速度进行分析(见图 与图)采用花瓣形头部刻槽结构的 及 弹体出靶速度分别为./和./采用尖卵形头部结构的 及 弹体出靶速度分别为./及./弹体采用花瓣形头部刻槽结构相比于尖卵形头部结构余速提升.兵 器 装 备 工 程 学 报:/./图 弹体出靶不同时刻位置图片.图 弹体出靶不同时刻位置图片.如图 所示在弹体原有尖卵形头部结构基础上增加 个花瓣形头部刻槽结构后弹体头部截面比动能增大同时刻槽结构增大了弹体头部的受力区域(图 中 对应区域)结合试验结果花瓣形头部刻槽弹体相比与尖卵形头部弹体穿靶后余速更高头部刻槽弹体具有更小的侵彻阻力因此认为弹体头部比动能的增加抵消了受力区域增大带来的额外阻力在初始侵彻动能相同的情况下弹体采用花瓣形头部刻槽结构相比于尖卵形头部结构侵彻能力有所提升图 弹体头部刻槽结构.弹体侵蚀实验完成后回收的弹体均保持结构完整未出现弯折或断裂等破坏特征弹体头部出现明显的侵蚀(见图、图)但仍保持原有的形状 采用尖卵形头部结构的 及 弹体质量损失率为.和.长度变化率为.和 花瓣形头部刻槽结构的 及 弹体质量损失率为 和.长度变化率为.和.在高速侵彻靶板的过程中弹体与靶板的接触面上产生剧烈的摩擦效应同时摩擦面急剧升温弹体表面局部融化和磨损导致弹体质量损失分析实验后回收的弹体花瓣形头部刻槽底部的磨蚀程度(根据表面划痕)小于刻槽顶部而尖卵形弹体头部磨蚀比较均匀花瓣形头部刻槽弹体刻槽凹陷部分所接触到的混凝土为挤压破碎后的碎块其与刻槽区域相互摩擦作用力将小于尖卵形头部结构与钢混靶之间的摩擦作用力因此刻槽区域的磨损量小于直接接触区域弹体采用花瓣形头部刻槽结构时弹体质量损失率小于尖卵形头部结构而 种结构弹体在长度变化率上基本一致 结论利用火炮次口径发射技术对比了弹体尖卵形头部及花瓣形头部刻槽结构在 /正侵彻 钢混靶的侵彻速度及弹体侵蚀情况得到以下结论:)在初始侵彻动能相同的情况下弹体采用花瓣形头部刻槽结构相比于尖卵形头部结构具有更大的截面比动能侵彻余速提升.)弹体采用花瓣形头部刻槽结构降低了混凝土碎块对弹体头部的摩擦作用力花瓣形头部刻槽弹体质量损失率为.小于尖卵形头部刻槽弹体质量损失率为.)弹体采用花瓣形头部刻槽结构时弹体长度变化率与尖卵形头部结构弹体基本相同花瓣形头部刻槽弹长缩短.尖卵形头部刻槽弹长缩短.参考文献:张学伦刘宗伟.弹丸 值对侵彻混凝土深度影响研究.兵器装备工程学报():.():.余曜钱建平周家胜.不同头部形状弹丸高速侵彻混凝土的研究.兵工自动化():.():.张欣欣武海军黄风雷等.刻槽弹体侵彻混凝土受力模型研究.爆炸与冲击():.张 博等:头部刻槽弹体高速侵彻混凝土实验研究 .():.邓佳杰张先锋刘闯等.头部非对称刻槽弹体侵彻混凝土目标性能研究.兵工学报():.():.():.():.刘坚成黄风雷皮爱国等.异形头部弹体增强侵彻性能机理研究.爆炸与冲击():.():.邓佳杰张先锋刘闯等.头部对称刻槽弹体侵彻半无限厚铝合金靶实验与理论模型.爆炸与冲击():.():.孙传杰卢永刚张方举等.新型头形弹体对混凝土的侵彻.爆炸与冲击():.():.柴传国武海军皮爱国等.异形头部弹体中低速侵彻混凝土的实验研究.北京理工大学学报():.():.():.():.陈小伟.动能深侵彻弹的力学设计():侵彻/穿甲理论和弹丸壁厚分析.爆炸与冲击():.():/.():.何翔徐翔云孙桂娟等.弹体高速侵彻混凝土的效应试验.爆炸与冲击():.():.梁斌陈小伟姬永强等.先进钻地单概念弹的次口径高速 深 侵 彻 实 验 研 究 .爆 炸 与 冲 击():.():.庞春旭何勇沈晓军等.刻槽弹体旋转侵彻混凝土效应试验研究.兵工学报():.():.辛壮壮张向东江睿毅等.弹头角速度与侵彻倾角对铝合金薄板损伤分析.弹道学报():.():.科学编辑 王维占 博士(中北大学 副教授)责任编辑 贺 柳兵 器 装 备 工 程 学 报:/./