[科普中國]-薄靶

薄靶系指入射粒子的能量的變化可忽略不計，并且出射粒子或X射線在其中亦無增強或吸收效應的靶，其厚度一般小于1mg/cm2。

截錐形彈體侵徹薄靶板實驗研究當彈體撞擊薄靶板時,一方面會產(chǎn)生靶板隆起和盤形凹陷的整體變形,同時還會產(chǎn)生沖塞、韌性擴孔、花瓣型失效等各種各樣的擊穿破壞。另一方面,彈體也受到靶板的作用,發(fā)生偏轉(zhuǎn)運動,闡述變形,甚至出現(xiàn)破壞等情況。文中運用25mm口徑火炮,開展了截錐形彈體撞擊薄靶板的正穿甲和45°斜穿甲實驗,研究在不同撞擊條件下,穿甲過程中彈靶系統(tǒng)的變形破壞及彈體的運動偏轉(zhuǎn)等現(xiàn)象,為進一步開展穿甲戰(zhàn)斗部彈體結(jié)構(gòu)設(shè)計一提供實驗數(shù)據(jù)和參考。

實驗系統(tǒng)實驗系統(tǒng)如圖1所示,包含滑膛火炮、測速線圈靶、高速攝影系統(tǒng)、可旋轉(zhuǎn)式靶架和軟回收箱等。實驗時,彈丸通過火炮發(fā)射,撞擊安裝于傾角可調(diào)的活動靶架上的靶板,采用間隔靶網(wǎng)系統(tǒng)測試彈體撞擊前的速度,通過高速攝影監(jiān)測彈體飛行姿態(tài)和穿甲過程。

所使用的室內(nèi)火炮裝置為爭 25mm滑膛炮,炮口彈速在100m/s~1200m/s范圍可調(diào),彈速的調(diào)整根據(jù)裝藥量控制;相機為ZDF-180型轉(zhuǎn)鏡式高速攝影機,可拍攝到最高180萬幅每秒清晰的分幅照片。采用鋸末作為緩沖材料進行軟回收。

彈體為截錐形頭部,后半部分為圓柱形,在截頂與錐面、錐面與柱面的交接處采用倒角光滑過渡,材料為TC4欽合金,如圖2所示。靶體選用500mm×550mm×3mm的45鋼板。

正撞擊開展了400~720m/s速度范圍下四發(fā)正撞擊穿甲實驗。在此速度范圍內(nèi),靶板表現(xiàn)出相似的變形失效特征,表現(xiàn)為典型的花瓣型破壞,孔徑約29mm,明顯變形區(qū)在直徑55mm之內(nèi),花瓣高度在16~20mm之間,花瓣尖端變薄,在5~6 mm后即與原靶厚相當,花瓣間的裂縫與板面成45°斜角,如圖3所示。彈體變形集中在頂部,在截頂與錐面的交界部位上,出現(xiàn)較為明顯的大變形現(xiàn)象,但直到初速720m/s的初速撞擊速度下,彈體也沒有破壞;在彈體錐段有輕微的擦痕,而其它部分沒有明顯的變形(如圖4所示)。

斜撞擊開展了290~880m/s速度范圍下五發(fā)傾角為45°的斜撞擊穿甲實驗。實驗顯示,靶板在不同速度范圍表現(xiàn)出不同的變形破壞特征,在較高撞擊速度下,穿甲后靶板呈現(xiàn)花瓣型破壞,近撞擊面的花瓣向后翻,遠撞擊面的花瓣向前翻(如圖5所示),在低速撞擊(290m/s)時,靶板的花瓣均向后翻(如圖6所示)。

Zaid和Paul對截頂錐頭彈體斜擊薄靶進行了分析,他們認為當：

式中,為彈體半錐角,為撞擊傾角。即高斜角撞擊情況下,靶板為花瓣型破壞,其中前方的花瓣向后,后邊的花瓣向前,如圖7所示。在文中的彈靶構(gòu)形中,45°斜撞擊為高傾角撞擊。從實驗結(jié)果來看,在高速撞擊時,實驗與他們的分析是一致的;而在低速撞擊時,二者是不一致的。

圖8為290m/s和880m/s撞擊速度下彈體45°斜侵徹靶板的高速攝影照片。由圖可見,彈體在高速撞擊時其方向沒有發(fā)生明顯的改變,與Ziad等的分析中所考慮的相似;而在低速撞擊時彈體發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象,從而導致侵徹過程中的傾角減小,導致靶板發(fā)生與高速撞擊時不同的失效模式。

彈體穿甲后的典型變形和失效特征如圖9所示。彈體在490m/s及以下的初始撞擊速度下只發(fā)生輕微的變形,變形主要集中在彈體截頂與錐面的交界部拉,但沒有正撞擊時的對稱性,彈體在880m/s初速撞擊速度下發(fā)生了較大的破壞,發(fā)生部位在彈體的頭部,而其它部位沒有明顯的變形。

針對截錐形彈體撞擊薄靶板的正穿甲和45°斜穿甲過程,運用25mm口徑滑膛火炮開展了實驗工作,研究了穿甲過程中彈靶系統(tǒng)的變形破壞及彈體的運動偏轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。

靶板在彈體正撞擊時,在各種速度下均為向后的花瓣型破壞;而在45°斜撞擊時,不同撞擊速度下靶板表現(xiàn)為不同的變形失效模式。同時,彈體斜侵徹靶板時不同速度下穿靶后彈體的姿態(tài)變化有較大差異。在較低速度下彈體在侵徹后與靶板法線的夾角減小,而在高速時其夾角沒有明顯的度化。彈體的變形與破壞集中在截頂部位附近。1

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

張靜 - 副教授 - 西南大學