毁伤增强效应的作用及机制

实验结果表明，双层间隔铝靶在活性弹丸碰撞和侵彻作用下，迎弹靶主要产生冲塞式穿孔破坏，后效靶毁伤效应则显著受碰撞速度、迎弹靶厚度和后效靶厚度等因素影响。从机理角度分析，事实上影响活性弹丸对后效靶毁伤效应的因素主要包括两个方面：一方面，在活性弹丸贯穿迎弹靶后，剩余侵彻体（包括剩余弹丸、碎片云以及冲塞块）总剩余动能将决定后效靶能否被直接贯穿；另一方面，活性弹丸贯穿迎弹靶后形成碎片云的周向扩散范围直接决定了后效靶遭碰撞毁伤的面积，进而决定了后效靶穿孔尺寸。

1.碰撞速度影响

活性弹丸对3 mm/3 mm双层间隔铝靶毁伤效应如图3.39所示。从图中可以看出，不同碰撞速度条件下，后效靶毁伤效应差异显著。从入孔特征看，入孔周围存在不同程度喷射状烟气熏黑痕迹，以及数量不等、大小各异的麻坑。从出孔特征看，靶板背面几乎不存在喷射状烟气熏黑痕迹及麻坑，但孔边铝靶材料出现不同程度卷边和隆起变形。同时还可看出，随碰撞速度增加，靶板正面烟气熏黑痕迹呈逐渐加重趋势，靶板背面卷边和隆起程度也相应增强。

图3.39　3 mm/3 mm双层间隔铝靶后效靶毁伤效应

2.迎弹靶厚度影响

活性弹丸碰撞6 mm/3 mm双层间隔铝靶后效靶毁伤效应如图3.40所示。从图中可以看出，与碰撞3 mm/3 mm双层间隔铝靶类似，在活性弹丸作用下，迎弹靶为6 mm时后效靶穿孔破坏形状多样，大小各异。入孔特征、出孔特征以及穿孔特征随弹丸碰撞速度增加的变化规律也与碰撞3 mm/3 mm双层间隔铝靶类似。对比图3.40还可看出，在碰撞速度基本相同条件下，与厚3 mm迎弹靶相比，碰撞6 mm厚迎弹靶时后效靶入孔处喷射状烟气熏黑痕迹较弱，靶板背面出孔周围铝靶材料卷边和隆起变形程度也小得多。以上现象表明，在迎弹靶厚度增加条件下，活性弹丸对后效靶毁伤效应有所减弱。

图3.40　6 mm/3 mm双层间隔铝靶后效靶毁伤效应

另外，从实验结果可以看出，在碰撞速度基本相同条件下，碰撞3 mm/3 mm双层间隔铝靶时后效靶穿孔尺寸显著大于碰撞6 mm/3 mm双层间隔铝靶后效靶穿孔尺寸，主要有这几个方面的原因：首先，在给定碰撞速度下，贯穿3 mm迎弹靶后剩余侵彻体（包括剩余弹丸和冲塞块）动能较贯穿6 mm迎弹靶时要大得多，也就是说，其对后效靶的贯穿能力更强。其次，从靶后碎片云扩展范围看，在碰撞速度基本相同条件下，贯穿3 mm靶板后碎片云周向扩展范围更大，在碰撞后效靶过程中的作用面积也更大，从而导致更大的穿孔尺寸。最后，从化学能释放角度考虑，随着活性弹丸碰撞速度逐渐增大，活性材料爆燃反应率逐步提高，碰撞和侵彻过程中产生的爆燃压力随之上升，可显著增强对靶板的爆裂穿孔能力。由此可见，从剩余侵彻体贯穿能力、靶后碎片云碰撞作用面积以及活性材料碰撞后效靶过程中化学反应强度等多个角度可以看出，迎弹靶厚度对活性弹丸碰撞后效靶毁伤效应影响显著。

3.后效靶厚度影响

活性弹丸碰撞6 mm/6 mm双层间隔铝靶时后效靶毁伤效应如图3.41所示。可以看出，碰撞速度为715 m/s时，6 mm后效靶并未被贯穿，靶板正面轻微凹陷且背面略微隆起；随碰撞速度逐渐增大，靶板遭碰撞位置出现破裂，且破裂程度随碰撞速度增大呈逐渐加强趋势，当碰撞速度增至949 m/s时，靶板被贯穿，穿孔周围伴有2条小裂纹。从靶板正面特征看，凹坑或破裂区域周围存在明显喷射状烟气熏黑痕迹；从靶板背面特征看，碰撞区域出现明显隆起、破裂，但其程度较3 mm后效靶要弱得多。对比图3.41还可以看出，在碰撞速度和迎弹靶厚度一定条件下，当后效靶厚度从3 mm提高至6 mm时，穿靶所需动能急剧增加，活性弹丸在贯穿6 mm迎弹靶后的剩余动能不足以贯穿后效靶，只是凭借剩余侵彻体和碎片云造成靶板变形及一定区域范围内的凹坑。

图3.41　6 mm/6 mm双层间隔铝靶后效靶毁伤效应

碰撞6 mm/6 mm双层间隔铝靶时，后效靶毁伤效果最差，只有速度为949 m/s时才产生穿孔破坏，原因是穿靶所需动能随靶板厚度提高而显著增大。在碰撞后效靶过程中，随靶板厚度增加，靶后反射冲击波卸载效应延迟，在剩余活性弹丸长度足够条件下，使得活性材料激活率显著提高，导致侵彻过程中爆燃反应增强，提高了化学能释放和对目标的毁伤作用。(www.xing528.com)

4.弹丸密度影响

除弹靶作用条件，活性弹丸材料特性也对结构靶毁伤效应有显著影响。实验中，选择密度分别为2.27 g/cm3、3.16 g/cm3、5.00 g/cm3和7.80 g/cm3活性毁伤材料弹丸，双层间隔铝靶厚度为3 mm/3 mm，间距为400 mm。通过调整发射药量，活性弹丸着靶速度控制在800 m/s左右。密度为3.16 g/cm3的活性弹丸以792 m/s速度碰撞3 mm/3 mm铝靶典型作用过程如图3.42所示，从图中可以看出，碰撞过程中活性弹丸被激活，部分弹丸碎裂并引发爆燃，随弹丸贯穿迎弹靶，靶后出现明显的火焰扩展。与高密度活性弹丸不同，低密度弹丸在撞击中碎裂程度低，导致大块剩余侵彻体撞击后效靶时发生二次激活。

图3.42　密度为3.16 g/cm3的活性弹丸碰撞双层间隔铝靶时的高速摄影

图3.42　密度为3.16 g/cm3的活性弹丸碰撞双层间隔铝靶时的高速摄影（续）

不同密度弹丸对间隔靶毁伤效应如图3.43所示，从图中可以看出，弹丸密度对结构靶毁伤效应影响显著。密度为2.27 g/cm3的弹丸以798 m/s毁伤结构靶时，迎弹靶穿孔孔径约25.0 mm，后效靶仅发生隆起，出现长约27 mm的裂纹。密度为3.16 g/cm3的弹丸以792 m/s速度碰撞结构靶时，迎弹靶穿孔孔径约22.1 mm，后效靶穿孔尺寸约为18 mm×31 mm。密度为5.00 g/cm3的弹丸以790 m/s速度碰撞结构靶时，迎弹靶穿孔孔径为15.7 mm，后效靶穿孔尺寸为22 mm×30 mm。当弹丸密度增至7.80 g/cm3后，迎弹靶穿孔孔径约14.3 mm，后效靶穿孔尺寸为27 mm×33 mm。

可以发现，随活性弹丸密度增加，弹丸侵彻能力增强，迎弹靶毁伤面积逐渐减小。与之相反，弹丸密度的增加导致后效靶毁伤效应逐渐增强，一是因为高密度弹丸剩余动能高，二是因为高密度弹丸在撞击过程中更易碎裂。

图3.43　弹丸密度对毁伤效应影响特性

5.材料配方影响

为进一步提高活性弹丸对双层间隔铝靶的毁伤效应，在传统活性毁伤材料体系中添加一定量难溶金属氧化物，以提高弹丸化学能和气体产物释放量，同时在弹丸外侧增加高强度钢壳体，以提高弹丸的力学强度和动能侵彻能力。带壳弹丸尺寸为ϕ12 mm×11 mm，壳体厚度为1.25 mm，活性毁伤材料中难溶金属氧化物含量分别为0、2.64％、5.83％、9.76％和14.73％。双层间隔铝靶厚度为3 mm/3 mm，通过调整发射药量控制碰撞速度约为1 350 m/s。不同配方活性弹丸对结构靶毁伤效应如图3.44所示，迎弹靶及后效靶毁伤面积列于表3.8，氧化物的添加在一定程度上提升了对后效靶的毁伤效应。从机理上分析，氧化物的添加提升了活性材料化学反应速率，造成毁伤效应提高，但氧化物含量过高时，后效靶毁伤效应有所下降。

图3.44　带壳活性弹丸后效靶毁伤情况

表3.8　双层间隔铝靶毁伤实验结果