异型截面长杆弹侵彻半无限厚金属靶板实验研究

王晓东 王江波 徐立志 杜忠华 高光发

王晓东, 王江波, 徐立志, 杜忠华, 高光发. 异型截面长杆弹侵彻半无限厚金属靶板实验研究[J]. 爆炸与冲击, 2021, 41(3): 031403. doi: 10.11883/bzycj-2020-0335
引用本文: 王晓东, 王江波, 徐立志, 杜忠华, 高光发. 异型截面长杆弹侵彻半无限厚金属靶板实验研究[J]. 爆炸与冲击, 2021, 41(3): 031403. doi: 10.11883/bzycj-2020-0335
WANG Xiaodong, WANG Jiangbo, XU Lizhi, DU Zhonghua, GAO Guangfa. Experimental study on penetration of non-circular cross-section long-rod projectiles into semi-infinite metal target[J]. Explosion And Shock Waves, 2021, 41(3): 031403. doi: 10.11883/bzycj-2020-0335
Citation: WANG Xiaodong, WANG Jiangbo, XU Lizhi, DU Zhonghua, GAO Guangfa. Experimental study on penetration of non-circular cross-section long-rod projectiles into semi-infinite metal target[J]. Explosion And Shock Waves, 2021, 41(3): 031403. doi: 10.11883/bzycj-2020-0335

异型截面长杆弹侵彻半无限厚金属靶板实验研究

doi: 10.11883/bzycj-2020-0335
基金项目: 国家自然科学基金(11772160,11472008);爆炸科学与技术国家重点实验室开放课题(KFJJ18-01M);江苏省研究生科研与实践创新计划(KYCX20_0319)
详细信息
    作者简介:

    王晓东(1993- ),男,博士研究生,18752006367@163.com

    通讯作者:

    高光发(1980- ),男,博士,教授,gfgao@ustc.edu.cn

  • 中图分类号: O382; TJ413.2

Experimental study on penetration of non-circular cross-section long-rod projectiles into semi-infinite metal target

  • 摘要: 为了研究截面形状对长杆弹侵彻半无限金属靶板的最终侵彻深度的影响规律,开展了截面形状为圆形、三角形、正方形、十字形的等截面积的长杆弹侵彻半无限厚靶板的实验研究。实验分为两组,分别为长径比为8、弹芯材料为93钨合金的长杆弹侵彻装甲钢靶板实验以及长径比为15、弹芯材料为45钢的长杆弹垂直侵彻45钢靶板实验。实验后得到不同截面形状、不同长径比、不同弹靶材料的长杆弹在不同着靶速度下的侵彻深度。结果表明:三种异型截面长杆弹的侵彻能力均高于相同工况下的圆形截面长杆弹,且其中十字形截面长杆弹侵彻能力最优,正方形截面次之。通过对实验结果的宏观分析,得到三种异型截面长杆弹的截面形状对长杆弹侵彻半无限靶板侵彻威力的影响规律以及侵彻机理的宏观表现。
  • 图  1  四种不同的长杆弹截面形状

    Figure  1.  Cross-section shapes of different projectiles

    图  2  弹丸结构

    Figure  2.  Projectile structure

    图  3  实验布置

    Figure  3.  Experimental arrangement

    图  4  不同着靶速度下不同截面长杆弹侵彻威力

    Figure  4.  H/L of projectiles with different cross-sections at different velocities

    图  5  FF′值变化

    Figure  5.  Value of F and F

    图  6  弹坑截面形状

    Figure  6.  The cross-sections of craters

    图  7  弹底形态

    Figure  7.  Crater shapes

    图  8  弹坑截面示意图

    Figure  8.  The cavity cross-section

    图  9  弹体裂纹

    Figure  9.  Fracture characteristics of cores

    表  1  各物理量的量纲

    Table  1.   Dimension of each physical quantity

    物理量MLT
    ${\ \rho _{\rm{p} } }$1−30
    L010
    v01−1
    ${\sigma _{\rm{p}}}$1−1−2
    ${\sigma _{\rm{t}}}$1−1−2
    ${E_{\rm{p}}}$1−1−2
    ${E_{\rm{t}}}$1−1−2
    $\ {\rho _{\rm{t} } }$1−30
    下载: 导出CSV

    表  2  各物理量量纲(变换后)

    Table  2.   Dimension of each physical quantity (after change)

    物理量ρpLV
    ${\ \rho _{\rm{p} } }$100
    L010
    v001
    ${\sigma _{\rm{p}}}$102
    ${\sigma _{\rm{t}}}$102
    ${E_{\rm{p}}}$102
    ${E_{\rm{t}}}$102
    ${\ \rho _{\rm{t} } }$100
    下载: 导出CSV

    表  3  弹芯尺寸

    Table  3.   Projectile dimensions

    序号截面形状材料L/mmD*/mmT/mmU/mm
    1圆形93钨合金648
    2三角形93钨合金64810.77
    3正方形93钨合金6487.09
    4十字形93钨合金6488.084.2
    5圆形45钢906
    6三角形45钢9068.08
    7正方形45钢9065.32
    8十字形145钢9063.166.06
    9十字形245钢9066.674.27
     注:D*为等效圆直径,表达式为$D^{*}=\sqrt {4S/{\text{π } } }$;S为弹芯截面积。
    下载: 导出CSV

    表  4  实验结果

    Table  4.   Experimental results

    序号弹芯材料靶板材料截面形状着靶速度/(m·s−1)侵彻深度/mm序号弹芯材料靶板材料截面形状着靶速度/(m·s−1)侵彻深度/mm
    193W603钢圆形161568.02545钢45钢圆形153842.5
    293W603钢三角形142953.02645钢45钢圆形171955.0
    393W603钢三角形146254.52745钢45钢圆形174753.8
    493W603钢三角形159669.32845钢45钢三角形128827.5
    593W603钢三角形160164.92945钢45钢三角形129825.5
    693W603钢正方形137154.73045钢45钢三角形137125.5
    793W603钢正方形137454.73145钢45钢三角形154844.0
    893W603钢正方形146754.53245钢45钢三角形155841.5
    993W603钢正方形148960.03345钢45钢三角形169553.5
    1093W603钢正方形162576.03445钢45钢正方形137636.0
    1193W603钢正方形163972.03545钢45钢正方形138835.5
    1293W603钢正方形164275.53645钢45钢正方形140132.0
    1393W603钢十字形138852.03745钢45钢正方形141234.0
    1493W603钢十字形141554.23845钢45钢正方形158246.0
    1593W603钢十字形145260.03945钢45钢正方形158950.0
    1693W603钢十字形147360.74045钢45钢正方形170263.0
    1793W603钢十字形149563.54145钢45钢十字形1135815.5
    1893W603钢十字形157167.04245钢45钢十字形1146415.5
    1993W603钢十字形159375.84345钢45钢十字形1147215.0
    2045钢45钢圆形131726.54445钢45钢十字形1150251.0
    2145钢45钢圆形133524.54545钢45钢十字形1171866.0
    2245钢45钢圆形142332.54645钢45钢十字形2146917.0
    2345钢45钢圆形147835.04745钢45钢十字形2144516.5
    2445钢45钢圆形151637.04845钢45钢十字形2144515.5
    下载: 导出CSV
  • [1] 王猛. 细晶钨合金穿甲弹芯侵彻机理分析及试验研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2013: 79−105.
    [2] 杜忠华, 杜成鑫, 朱正旺, 等. 钨丝/锆基非晶复合材料长杆体弹芯穿甲实验研究 [J]. 稀有金属材料与工程, 2016, 45(5): 1308–1313.

    DU Z H, DU C X, ZHU Z W, et al. An experimental study on perforation behavior of pole penetrator prepared from Wf/Zr-based bulk metallic glass matrix composite [J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2016, 45(5): 1308–1313.
    [3] CHEN X W, WEI L M, LI J C. Experimental research on the long rod penetration of tungsten-fiber/Zr-based metallic glass matrix composite into Q235 steel target [J]. International Journal of Impact Engineering, 2015, 79: 102–116. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2014.11.007.
    [4] CHOI-YIM H, CONNER R D, SZUECS F, et al. Quasistatic and dynamic deformation of tungsten reinforced Zr57Nb5Al10Cu15.4Ni12.6 bulk metallic glass matrix composites [J]. Scripta Materialia, 2001, 45(9): 1039–1045. DOI: 10.1016/S1359-6462(01)01134-4.
    [5] 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 [J]. 兵工学报, 2015, 36(1): 46–52. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1093.2015.01.007.

    PANG C X, HE Y, SHEN X J, et al. Experimental investigation on penetration of grooved projectiles into concrete targets [J]. Acta Armamentarii, 2015, 36(1): 46–52. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1093.2015.01.007.
    [6] 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 [J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(6): 1231–1240. DOI: 10.11883/bzycj-2017-0413.

    DENG J J, ZHANG X F, LIU C, et al. Experimental and theoretical study of symmetrical grooved-nose projectile penetrating into semi-infinite aluminum target [J]. Explosion and Shock Waves, 2018, 38(6): 1231–1240. DOI: 10.11883/bzycj-2017-0413.
    [7] ZHANG S, WU H J, ZHANG X X, et al. High-velocity penetration of concrete targets with three types of projectiles: experiments and analysis [J]. Latin American Journal of Solids and Structures, 2017, 14(9): 1614–1628. DOI: 10.1590/1679-78253753.
    [8] 梁斌, 陈小伟, 姬永强, 等. 先进钻地弹概念弹的次口径高速深侵彻实验研究 [J]. 爆炸与冲击, 2008, 28(1): 1–9. DOI: 10.11883/1001-1455(2008)01-0001-09.

    LIANG B, CHEN X W, JI Y Q, et al. Experimental study on deep penetration of reduced-scale advanced earth penetrating weapon [J]. Explosion and Shock Waves, 2008, 28(1): 1–9. DOI: 10.11883/1001-1455(2008)01-0001-09.
    [9] 张奎华, 沈培辉, 杜忠华. 变截面长杆对半无限靶的侵彻特性分析 [J]. 弹箭与制导学报, 2006, 26(4): 135–136, 139. DOI: 10.3969/j.issn.1673-9728.2006.04.042.

    ZHANG K H, SHEN P H, DU Z H. Analysis of variational section long-rods into semi-infinite targets [J]. Journal of Projectiles, Rockets, Missiles and Guidance, 2006, 26(4): 135–136, 139. DOI: 10.3969/j.issn.1673-9728.2006.04.042.
    [10] 董玉财. 管-杆伸出式侵彻体侵彻机理及相关问题研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2014: 14−77.
    [11] GARON K, FAMINU O. Aeroballistic range tests of missiles with non-circular cross sections[C]// 41st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2003: 1-10. DOI: 10.2514/6.2003-1243.
    [12] 易文俊, 王中原, 杨凯, 等. 三角形截面弹丸的飞行性能研究 [J]. 弹道学报, 2007, 19(2): 5–7, 20. DOI: 10.3969/j.issn.1004-499X.2007.02.002.

    YI W J, WANG Z Y, YANG K, et al. Research of flight characteristics of projectile with triangular cross-section [J]. Journal of Ballistics, 2007, 19(2): 5–7, 20. DOI: 10.3969/j.issn.1004-499X.2007.02.002.
    [13] BLESS S J, LITTLEFIELD D L, ANDERSON JR C E, et al. The penetration of non-circular cross-section penetrators [C] // 15th International Symposium on Ballistics. Jerusalem: IBS, 1995: 43−50.
    [14] 曾国强. 异型弹芯侵彻性能的研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2006: 21−27.
    [15] 杜忠华, 曾国强, 余春祥, 等. 异型侵彻体垂直侵彻半无限靶板试验研究 [J]. 弹道学报, 2008, 20(1): 19–21.

    DU Z H, ZENG G Q, YU C X, et al. Experimental research of novel penetrator vertically penetrating semi-infinite target [J]. Journal of Ballistics, 2008, 20(1): 19–21.
    [16] 荣光, 孙瑞胜, 薛晓中, 等. 两种非圆截面弹芯的侵彻性能研究 [J]. 兵工学报, 2009, 30(4): 385–388. DOI: 10.3321/j.issn:1000-1093.2009.04.001.

    RONG G, SUN R S, XUE X Z, et al. Penetration performance study on two kinds of non-circular cross-sectional projectiles [J]. Acta Armamentarii, 2009, 30(4): 385–388. DOI: 10.3321/j.issn:1000-1093.2009.04.001.
    [17] ROSENBERG Z, DEKEL E. A computational study of the relations between material properties of long-rod penetrators and their ballistic performance [J]. International Journal of Impact Engineering, 1998, 21(4): 283–296. DOI: 10.1016/S0734-743X(97)00068-7.
  • 加载中
图(9) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  603
  • HTML全文浏览量:  408
  • PDF下载量:  125
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-21
  • 修回日期:  2020-11-06
  • 网络出版日期:  2021-03-05
  • 刊出日期:  2021-03-10

目录

    /

    返回文章
    返回