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1、影响穿甲作用的因素分析王晓强（中北大学0701064147）摘 要：文中通过对影响穿甲作用的四大因素的阐述和众多老师的研究成果举例。分 析一定外界环境下影响穿甲的因素。初步分析，本人认为在现存的科研成果下弹丸 的结构创新研究更利于提高穿甲弹的毁伤性能，有利于穿甲弹的创新发展。关键词：穿甲弹；着靶动能；弹丸结构与形状；着角的影响1引言高速侵彻问题的理论与实验研究始终是新武器研制和高科技领域中的重要课 题。一直受到国内外学者的高度重视。无论进攻或防御，可靠预测侵彻效果，提高 侵彻能力始终是常规武器研究中的核心。弹丸以一定的速度碰击靶板，可能造成多 种形式的破坏形式现象。弹丸碰击靶板时，有的侵入靶板
2、而未穿透，这种想象称为 侵彻；有的完全穿透靶板，这种现象称为贯穿；有时弹丸不能侵入，而是被靶板反 弹回去称为跳弹；文中通过对影响穿甲作用的四大因素深入研究，举例分析弹丸着 靶动能、结构与形状、着角、装甲性能结构对穿甲破坏特性的影响。2着靶动能对穿甲的影响根据试验，由于弹速不同，弹丸对靶板的碰撞，可出现不同的弹坑。如图2-1）图2-1不同着速的弹坑形状（a）低速（v1200m/s） （b）中速（12003000） （c） 超咼速当低速弹丸侵入靶板时，弹丸承受的阻力和弹丸横截面成正比，且在整个侵彻 过程中是一个常数。因此侵彻深度S和弹丸可以表达为1 ks = mv 2 2 A7 m, “中速情况下
3、s = kl n1(+ k v 2)1 k 2V = k mv 2超高速情况下，弹坑纵刨面成半圆形，其容积岭与弹丸动能成正比v 12综上所述，侵彻深度和弹丸的速度关系，在低速时与其平方成正比。但在高速 时，则与其2/3次方成正比。侵深与质量的关系也是不同的。3弹丸的结构形状对穿甲的影响弹丸的结构形状影响弹丸的弹道性能和穿甲作用。对于典型的杆式穿甲弹参考李成兵（中国科学技术大学力学和机械工程系）等 老师的论文。应用LS-DYNA3D动力学分析软件，通过数值模拟方法研究了变球缺型 罩装药结构下高速杆式弹丸的形成过程，分析了其成型机理，得到弹体的速度分布 规律，并研究了中心点起爆、四点同时起爆和环形
4、起爆三种起爆方式对高速杆式侵 彻体的成型和性能参数的影响。高速杆式弹丸的形成过程炸药经环形起爆网络（起爆半径为Dk /3，Dk为装药直径）起爆后大约7“s, 变球缺型药型罩开始受到炸药爆轰压力和爆轰产物的冲击和推动作用，并被压垮、 变形，向前高速运动。为了研究高速杆式弹丸的形成过程和形成机理，特选取了 1/2 模型，截取了高速杆式弹丸形成过程中的九个时刻点，如图3-1所示。变球缺型罩装药结构下1流的形成过程极为相似，都是由于罩微元受到并发生碰撞、挤压并形成高速侵彻体。该类高速杆式弹丸具有较高的头部速度，一 般都在3000m/s以上，整个弹体存在一定的速度梯度。因此，从本质上来讲，这类 高速杆式
5、弹丸与爆炸成形弹丸不同。爆炸成形弹丸在形成过程中，药型罩微元在轴 线处基本不发生碰撞（即使发生碰撞现象，压合角也很大，接近180），不再分裂 成高速和低速两部分，弹体的速度梯度很小，成型后的弹丸飞彳 轰产物的驱动速度接近，一般低于2000m/s弹头前舱对战斗部 算数学研究所北京） 图（3-2）显示了初速为（形成过程和聚能射 后，在对称中心聚集和药型罩被爆的影响。参考丿杭义洪（北京应用物理与计 研究成果，不同前舱情况下弹头穿靶情况的比较。，不同前舱情况下弹头穿靶情况的比较。Vo = 675in/sCorrtou r sof Ve I oc i ty月危性材料金属材料不带前舟仓Frlnn* Lev
6、el?;6a750c2 _EsD75c:-4S =5.4OOe+O2 _1.050e)2 _3.375c+O2 _2.025c)2 _1 .35Ue4J2 _G.750e-4)1 _O.OOOe-i-OO图(3-2) V = 675m/s, t = 720s ,弹头穿靶情况比较Vo-3） V250 m/s=250m/s，Contours of VeIocityFringe Levels 2.500e4)2_ 2.250e4)2_l2.000e4)2_1.750e4)2_1.500e4)2_1.250e4)2_1.000e4)2_7.500e4)2_5.000e4)22.500e4)10.000
7、e+00_500s ,弹头穿靶情况比较 速条件下的穿靶过程对不同前舱情况的弹头，在不前舱对战斗部穿靶后剩余速度与剩余动能的影响，以及前 的影响。计算结果表明：(1) 前舱提 度和 的剩战斗部的剩余速度和 小不过，前舱整体I不大。(2)在低旦速情况下，与不带前卡动能，金属材料的前 高了弹头的剩余动能,叩皿岂1况下，与不带前舱的弹头相行了数值模拟，研究了 的材料属性对穿靶过程 勺弹头相比，脆性材料的 降低了战斗部的剩余速 料属性对弹头，脆性材料的前舱降低了战斗部的剩余速度和剩余动能，同时降低了弹头的剩余动能；金属材料的 前舱对战斗部的剩余速度和剩余动能的影响很小，而提咼了弹头的剩余动能，具有 较大
8、的后续穿靶能力。4着角对穿甲作用的影响着角与速度对穿甲的影响参考陈刚，陈忠富(中国工程物理研究院总体工程研究 所四川绵阳)的文献。XZ15-A20-V800Time =0.11499300m/s （15 度着角）800m/s (15度着角)Fringe Levels5.6叩诃14.8D0e-O1iOOOE-OI3.200E-018.0D0e-O17.2D0e-fl16.4叩同1L400e-011.600e-fl18叩诃20.000e*00A15 A20-V680Time =0.0/0999Contours of Lfleetive Plastic Strain rnin-0, at elemV
9、 117137max= 3.22068. at clemf 181398Zringc Levels7.IO5e-O1 _6.394匕01 _5.684e 014.973e 014.263e-ei3.552e 012.B42c 012.131e-011.1e01 7.105e 020.000c00680m/s （45 度着角）靶板在弹体正撞击和低斜角撞击时，在各种速度下均为向前的花瓣型破坏。在 高斜角低速撞击时，靶板出现向前的花瓣失效；在高斜角高速撞击时，靶板的花瓣 部分向前，部分向后，其近着靶方向的花瓣向前，而远着靶方向的花瓣向后翻转。 在不同速度下弹体斜侵彻靶板时，在较低速度下弹体在侵彻后其
10、轴线与靶板的夹角 增大，而在高速时其夹角减小。5小结（1）高速侵彻问题的理论与实验研究表明要想提高侵彻能力，弹箭的结构设计 是常规武器研究中的核心，其更有利于弹箭产品毁伤性能的提高。（2）用运LS-DYNA3D动力学分析软件为弹箭产品的结构分析与毁伤性能的评估 提供了极大的方便。参考文献1 李成兵，沈兆武，裴明敬高速杆式弹丸的三维数值模拟；中国科学技术大学力 学和机械工程系2 楼建锋，杭义洪弹头前舱对战斗部穿甲能力的影响;北京应用物理与计算数学 研究所，北京3 目标毁伤与工程计算；中北大学4 曹红松，张亚，高跃飞 兵器概论；国防工业出版社，20085 美国LSTC 公司.LS-DYNA 960 Theory Manual, 20016 美国LSTC 公司.LS-DYNA 970 Keyword User s Manual, 2003影响穿甲作用的因素分析学校：中北大学学院：机电工程学院专业：弹药工程与爆炸技术姓名：王晓强学号：0701064147
