高速侵彻弹体质量损失理论分析(2)

菜单

随着弹丸侵彻速的的提高，弹丸将发生严重的磨蚀，磨蚀将影响弹道的稳定性，可能使弹体偏离预定轨迹，或导致弹体破坏失效，进一步改变弹体的结构，导致其侵彻能力急剧下降。因此，弹体磨蚀与高速侵彻体结构设计和优化密切相关，对高速侵彻情况下弹体质量损失的理论研究十分必要，有关问题已成为目前国际同行的研究热点之一。

1.2 不同侵彻速度下的侵彻行为

在动能侵彻中，随着撞击速度的增加，弹体经历了不同的侵彻机理。按撞击速度，主要分为刚性弹侵彻区、半流体侵彻区和流体侵彻区3个区。

刚性弹侵彻区撞击速度一般Vs<1000m/s，速度上限因靶板性质不同而异。此时弹体几乎无变形，常假设为刚性体，侵彻深度随撞击速度增加而单调增加。弹体侵彻性能主要由靶强度参数决定。

半流体侵彻区撞击速度1000m/s<Vs<3000m/s，除了头部发生定常质量损失外，弹体其余部分几乎无变形，常用经典一维A lekseek长杆侵彻模型预测弹体侵彻行为。侵彻较刚性弹显著下降，半流体转变速度定义为侵深随撞击速度增加而显著下降的区间。文献[4]分析确定了刚性弹与半流体侵彻的临界判据，如图1所示。弹体侵彻性能由弹、靶强度参数共同决定。

尖卵形弹侵彻铝靶的半流体转变速度

图1、尖卵形弹侵彻铝靶的半流体转变速度

流体侵彻区撞击速度Vs>3000m/s，弹靶均可看作定常流体[7][8]，如陨石撞击等。流体转变速度定义为弹体经历动态不稳，由弹性变形为主转变为塑性变形为主时的速度。一般将弹体发生明显弯折或弹头出现蘑菇状形变称为典型的塑性变形特征；当弹体为脆性材料时，转变速度定义为弹体破碎时对应的侵彻初速度。此时，弹体侵彻行为与弹靶强度无关。

1.3 弹丸磨蚀的物理过程分析

动能弹高速侵彻靶板时，其头部经历了高温高压的临界状态，弹体材料的溶化流动及与靶板材料的反应是弹体质量损失的主要原因。金相分析表明，在侵彻中弹体头部表面材料经历了高温加热、溶化、冷却等过程。该过程导致了弹体材料的相变，称之为“白带”，该区域具有高于60HRC的硬度。在弹体表面周围形成了高温影响区（heat affected zone,HAZ），厚度约为20-100μm。该区域同样具有较高的硬度文献综述，表明材料加热到了奥氏体转变温度之上而发生了淬火过程。X射线衍射分析HAZ区域发现，该区域存在未回火的残余奥氏体组织，由此可知弹体的冷却速度约为1000℃/s。在高速侵彻过程中，弹体表面与靶板高速摩擦，靶板颗粒切削弹体，产生大量的热量，由于混凝土的导热性不及弹体材料金属，大部分热量作用于弹体，又由于侵彻作用的时间极短，通常在微妙及毫秒级，热量来不及传递到弹体内部。大量的热量积聚在有限的弹体表面，导致表面薄层内温度急剧上升，直至达到材料熔点。高温使材料溶化、发生相变，甚至可能形成射流。软化后的材料更容易切削；融化的弹体材料相对于弹体向后运动，黏着于靶体之上或与靶体材料混合黏着于弹体壳体之上，均产生质量损失。随着侵彻过程的结束，弹体及靶板快速冷却，弹体表面材料发生淬火反应，形成了HAZ。

1.4　国内外研究进展源]自-751-!论~文"网·www.751com.cn/

1.5 本文研究内容

本文首先介绍了Forrestal[1]的空腔膨胀理论，并在此理论基础上获得弹丸侵彻阻力，进而介绍了考虑质量损失的侵彻模型[2]和刚体侵彻模型[5]；并将上述理论用MATLAB编程实现。在此基础上，对同一组实验数据（表3），分别采用考虑质量损失的侵彻模型和刚体侵彻模型进行处理计算，对比两种模型在相同实验条件下的异同。并对以后的研究提出了几点建议。