孫永壯，呂中杰，劉 彥，黃風(fēng)雷

(北京理工大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，北京 100081)

剛性鈍頭彈體貫穿中厚金屬靶，靶板材料發(fā)生擠鑿破壞，形成與彈體截面大小相近的擠鑿塊，擠鑿塊與彈體以一定速度射出，對(duì)靶后目標(biāo)形成有效毀傷[1]。以往大多彈體余速計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式，包括Recht等[2]以能量守恒為基礎(chǔ)的擠鑿破壞理論均認(rèn)為擠鑿塊速度與彈體余速相同。然而，對(duì)于剛性鈍頭彈體貫穿中厚金屬靶后射出的擠鑿塊而言，根據(jù)靶板材料不同，彈體和擠鑿塊會(huì)出現(xiàn)粘連和分離兩種不同情況。當(dāng)剛性鈍頭彈體沖擊的靶板材料為強(qiáng)度和硬度較低且軟的低碳鋼時(shí)，擠鑿塊會(huì)與穿靶后的彈體粘連在一起，例如，Pradhan等[3]通過(guò)直徑10 mm剛性球形彈體沖擊4 mm厚低碳鋼板實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明擠鑿塊黏結(jié)在球形彈體上的，此時(shí)低碳鋼靶板射出的擠鑿塊的速度與彈體余速相同；相反，在更多的彈靶情況下，如當(dāng)靶板材料為強(qiáng)度和硬度較高且脆的鋁合金板以及高強(qiáng)鋼板時(shí)，擠鑿塊與彈體是分離的，其速度將不同于彈體余速，此時(shí)若仍將擠鑿塊速度與彈體余速視為相等是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

肖新科[4]以材料為38CrSi的平頭圓柱彈體撞擊5 mm厚Q235鋼靶板，司馬玉洲等[5]以材質(zhì)為9CrSi的平頭彈體撞擊7A04-T6鋁合金靶板，實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明靶后的擠鑿塊與彈體是分離的。B?rvik等[6-7]通過(guò)剛性鈍頭彈體撞擊Weldox 460 E鋼板實(shí)驗(yàn)得到擠鑿塊速度明顯大于彈體余速的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，且認(rèn)為斷裂后擠鑿塊速度的突然增加是由彈丸和擠鑿塊中的應(yīng)力波引起的。B?rvik等[8]實(shí)驗(yàn)研究了平頭、半球形頭和尖頭三種不同頭部的彈體侵徹12 mm厚的Weldox 460 E鋼板，其中平頭和半球形頭彈體在侵徹過(guò)程中形成了擠鑿塊，且擠鑿塊的速度均高于彈體余速，但半球形頭彈體形成的杯狀擠鑿塊質(zhì)量明顯小于平頭彈體在侵徹過(guò)程中形成的柱狀擠鑿塊質(zhì)量，這種質(zhì)量的差異必定會(huì)影響其速度。另外，擠鑿塊更高的速度意味著在穿靶后擁有較大的動(dòng)能，其對(duì)靶后目標(biāo)產(chǎn)生的毀傷不容忽視，因此對(duì)剛性鈍頭彈體在貫穿金屬靶后的擠鑿塊速度模型建立顯得尤為重要，可以通過(guò)該模型定量計(jì)算剛性鈍頭彈體對(duì)靶后目標(biāo)產(chǎn)生毀傷的能力。

將擠鑿塊速度和彈體余速分開(kāi)考慮，提出了一顯式的擠鑿塊速度模型。根據(jù)穿甲過(guò)程中的能量守恒定律得出擠鑿塊速度與彈體余速的關(guān)系，通過(guò)不同形狀的彈體在穿甲后射出的擠鑿塊形狀和速度不同，改進(jìn)剪切沖塞模型使其適用于平頭、半球頭彈體以及球形彈體，并基于改進(jìn)后的剪切沖塞模型和擠鑿塊速度與彈體余速關(guān)系建立適用于中厚金屬靶的擠鑿塊速度模型。通過(guò)直徑8 mm鎢球沖擊3 mm厚GH4169靶板以及文獻(xiàn)[8]中直徑20 mm平頭和半球形頭彈體貫穿12 mm厚Weldox 460 E鋼板的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證擠鑿塊速度模型，模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有很好的一致性。擠鑿塊速度模型結(jié)合擠鑿塊質(zhì)量計(jì)算可實(shí)現(xiàn)對(duì)彈體貫穿中厚金屬靶所形成的擠鑿塊毀傷能力的定量描述，并對(duì)多層間隔靶的穿甲研究提供一定的理論支撐。

1 擠鑿塊速度模型

1.1 擠鑿塊速度與彈體余速關(guān)系

對(duì)于強(qiáng)度和硬度較高且脆的靶板材料，在彈體沖擊靶板整個(gè)過(guò)程中，將彈體余速Vr和擠鑿塊速度Vs分開(kāi)來(lái)考慮，假設(shè)彈體無(wú)質(zhì)量損耗，根據(jù)能量守恒[9]有

(1)

式中：mp為彈體質(zhì)量；Vi為彈體初速；ms為擠鑿塊質(zhì)量；Ws為和彈體剪切靶板所消耗的能量(剪切功)；Ed為關(guān)于變形和熱的能量(塑性功)。在一定的彈靶條件下(即mp，ms和彈道極限速度V50均為常量)，式(1)中Ws為一常量而Ed僅與彈體初速有關(guān)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：k為與彈靶條件相關(guān)的常數(shù)；Vsrjump為彈體余速等于0時(shí)擠鑿塊速度相對(duì)于彈體余速的跳躍值，彈體余速本身存在速度跳躍即彈體余速不可能等于0，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中并不存在，因此Vsrjump只用于描述彈體余速與擠鑿塊速度的關(guān)系。

1.2 建立擠鑿塊速度模型

擠鑿破壞是彈體把靶板中大小和彈體截面差不多的一塊擠鑿出去造成的，中厚金屬靶受到鈍頭彈體撞擊時(shí)，最易發(fā)生擠鑿破壞。當(dāng)彈體擠壓靶板局部時(shí)，靶板局部與主體相連接的環(huán)形截面上產(chǎn)生很大的剪應(yīng)力，由此突然產(chǎn)生的剪應(yīng)變發(fā)出熱量，在短暫的撞擊過(guò)程中這些熱量來(lái)不及逸散，從而大大提高了局部環(huán)形區(qū)域的溫度，降低了材料的抗剪強(qiáng)度，以致出現(xiàn)擠鑿型破壞，這是一個(gè)近似絕熱剪斷過(guò)程。

在彈體對(duì)靶板擠鑿破壞理論方面有關(guān)彈體余速的研究已較充分。Recht等基于動(dòng)量守恒和能量守恒提出了較為深入的Recht-Ipson模型來(lái)估計(jì)平頭彈體(長(zhǎng)徑比約等于1)穿靶后的剩余速度。在Recht-Ipson能量守恒模型的基礎(chǔ)上，Chen等[11-12]利用剛塑性分析和動(dòng)態(tài)空腔膨脹理論，并將局部撞擊響應(yīng)和整體結(jié)構(gòu)響應(yīng)相結(jié)合，建立了適用于剛性平頭彈體對(duì)金屬靶板的剪切沖塞模型，得到了平頭彈體對(duì)中厚金屬靶剩余速度的理論公式

(6)

式(6)即為剪切沖塞模型，式中：V50為彈道極限速度；Vrjump為當(dāng)彈體初速等于彈道極限速度時(shí)彈體剩余速度的跳躍值，因此擠鑿塊速度的跳躍值Vsjump=Vsrjump+Vrjump；η為無(wú)量綱質(zhì)量等于擠鑿塊質(zhì)量與彈體質(zhì)量的比值，如式(7)所示。

平頭彈體貫穿中厚金屬靶形成的擠鑿塊直徑一般與彈體直徑相等，而球形及半球形頭彈體相對(duì)平頭彈體對(duì)靶板的剪切區(qū)域更小，所形成的杯狀擠鑿塊的上下底面直徑均明顯小于彈體直徑。對(duì)于平頭彈體貫穿中厚金屬靶形成的柱狀擠鑿塊來(lái)說(shuō)無(wú)量綱質(zhì)量取式(7a)。對(duì)于球形彈體和半球形頭彈體沖擊中厚金屬靶，起初撞擊點(diǎn)附近受到拉力作用形成強(qiáng)烈的拉伸應(yīng)變區(qū)域并在撞擊點(diǎn)背部形成凸起，但此時(shí)沒(méi)有發(fā)生剪切。隨著變形的繼續(xù)，拉伸區(qū)域中的材料出現(xiàn)頸縮，同時(shí)彈體與靶板的接觸面也越來(lái)越大，此時(shí)接近于平頭彈體撞擊靶板的情況，靶板開(kāi)始遭受剪切破壞且剪切區(qū)域相比彈體直徑較小，射出直徑小于彈徑的杯狀擠鑿塊。最終，中厚金屬靶產(chǎn)生帶有凹坑和鼓包的杯狀擠鑿塊，將其等效為一個(gè)圓臺(tái)以便計(jì)算擠鑿塊質(zhì)量，并對(duì)無(wú)量綱質(zhì)量η進(jìn)行改進(jìn)。因此，對(duì)于球形彈體和半球形頭彈體貫穿中厚金屬靶形成的杯狀擠鑿塊來(lái)說(shuō)無(wú)量綱質(zhì)量取式(7b)。綜上，式(6)中無(wú)量綱量η定義是

(7a)

(7b)

對(duì)于中厚金屬靶，式(6)中無(wú)量綱量?定義是[13]

(8)

(9)

式(9)即為剛性鈍頭彈體正貫穿中厚金屬靶的擠鑿塊速度模型，其中無(wú)量綱量η和?的取值分別依據(jù)式(7)和式(8)?？衫脭D鑿塊速度模型對(duì)剛性鈍頭彈體(平頭、半球形頭、球形)穿靶后射出的擠鑿塊速度進(jìn)行計(jì)算。

當(dāng)剛性鈍頭彈體貫穿多層間隔靶中前一層靶板時(shí)，擠鑿塊速度模型可對(duì)下一層靶板所受到的擠鑿塊沖擊工況進(jìn)行計(jì)算，即擠鑿塊速度模型可用于計(jì)算擠鑿塊對(duì)靶后目標(biāo)的毀傷能力。一些具有重要戰(zhàn)略價(jià)值的軍事目標(biāo)都使用多層防護(hù)結(jié)構(gòu)，如大型艦船或者航空母艦普遍采用多層間隔式的防護(hù)結(jié)構(gòu)，即層間具有一定間隙的間隔靶。

2 鎢球正沖擊GH4169中厚靶實(shí)驗(yàn)

擠鑿塊速度模型中涉及到的平頭彈體和半球形頭彈體貫穿中厚金屬靶的彈體速度和擠鑿塊速度數(shù)據(jù)可直接從文獻(xiàn)[8]中提取。為獲得球形彈體貫穿中厚金屬靶的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行鎢球正沖擊GH4169中厚靶實(shí)驗(yàn)。GH4169屬鎳基高溫合金常溫和高溫時(shí)都具有良好的機(jī)械性能，其相近美國(guó)牌號(hào)Inconel 718合金在GE生產(chǎn)的CF6發(fā)動(dòng)機(jī)所有加工成形的零部件材料中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到34%，某些年份在GE所有發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)類零部件中Inconel 718材料所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)一直高居60%～70%[15]，GH4169(Inconel 718)材料廣泛用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)和固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端部件等。由于鎢合金球形彈體密度大且具有較高的存速能力和優(yōu)越的侵徹性能，已成為殺傷戰(zhàn)斗部的首選毀傷元素[16]。因此研究鎢球貫穿GH4169中厚靶射出的擠鑿塊速度數(shù)據(jù)不僅可用來(lái)驗(yàn)證擠鑿塊速度模型，同時(shí)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的毀傷能力評(píng)估也十分重要。

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備的布置示意圖設(shè)計(jì)如圖1所示，實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括12.7 mm彈道槍、標(biāo)尺、靶板、高速攝影和破片回收裝置，具體試驗(yàn)場(chǎng)地布置和靶板安裝如圖2所示。鎢合金球形彈體的速度加載通過(guò)北京理工大學(xué)東花園試驗(yàn)基地的彈道槍實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，該彈道槍身管長(zhǎng)度1.5 m，口徑為12.7 mm，采用制式發(fā)射藥和12.7 mm制式藥筒，鎢球和藥筒之間用尼龍彈托連接。靶板四角與靶架用G型夾固連，用裝滿細(xì)沙的硬紙箱作為彈體和擠鑿塊的軟回收裝置。由于需要同時(shí)獲得彈體余速和擠鑿塊速度，遂使用高速攝相機(jī)FASTCAM SA5(fps設(shè)置為42 000)監(jiān)控整個(gè)撞擊過(guò)程并測(cè)試彈體的初始速度、剩余速度以及擠鑿塊速度。在彈道平面內(nèi)放置兩把標(biāo)尺，可對(duì)高速攝影測(cè)速作尺寸參考。

圖2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備布置Fig.2 Experimental equipment layout

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備布置示意圖Fig.1 Sketch of experimental equipment layout

鎢合金球形彈體材料為典型的鎢合金W152(93鎢)，直徑8 mm。鎳基高溫合金GH4169厚度3 mm，產(chǎn)自東北特鋼，3 mm厚靶板對(duì)于直徑8 mm的彈體屬于中厚金屬靶，實(shí)驗(yàn)中靶板具體的力學(xué)性能、物理特性見(jiàn)表1。(執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 14992—2005)

表1 GH4169(固溶處理)的物理和力學(xué)性能[17]Tab 1 Physical and mechanical properties of GH4169(solution treatment)[17]

為了實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)以及更快逼近彈道極限速度，需要對(duì)靶板的彈道極限速度進(jìn)行預(yù)估。高潤(rùn)芳等[18]通過(guò)幾種鎢合金彈體正侵徹裝甲鋼板的實(shí)驗(yàn)，得到3 g鎢球?qū)?0 mm厚裝甲鋼板的彈道極限速度為960 m/s，而3 g鎢柱的彈道極限速度隨著靶姿態(tài)的不同為916～1 011 m/s。因此，相同質(zhì)量鎢柱的彈道極限速度在鎢球彈道極限速度一定范圍內(nèi)上下浮動(dòng)，因此相同質(zhì)量的球形和柱形彈體對(duì)靶板的彈道極限速度影響不大。Pereira等[19]給出了柱狀Ti-6-4(底面直徑12.7 mm，高25.4 mm)沖擊面密度8.35 kg/m2Inconel 718的彈道極限速度為192 m/s，彈道極限能量為260 J?；谖墨I(xiàn)[19]及不同彈靶系統(tǒng)之間彈體對(duì)相同面密度靶板的彈道極限比動(dòng)能等效準(zhǔn)則[20]來(lái)預(yù)估本實(shí)驗(yàn)的彈道極限

(10)

式中：A為彈體的橫截面積；下標(biāo)1表示已知彈道極限速度的彈靶系統(tǒng)的各物理量；下標(biāo)2表示待求彈道極限速度的彈靶系統(tǒng)的各物理量。Inconel 718為GH4169的美國(guó)相近牌號(hào)，認(rèn)為它們的抗侵徹性能一致，即彈體對(duì)相同面密度的Inconel 718與GH4169彈道極限比動(dòng)能相等，預(yù)估得鎢球(直徑8 mm，質(zhì)量4.7 g)對(duì)面密度為25.71 kg/m2的 GH4169靶板(厚度約3.12 mm)的彈道極限速度約為367.9 m/s。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)彈體采用直徑8 mm鎢合金球，以厚度為3 mm的GH4169板材作為靶板。根據(jù)2.1節(jié)中預(yù)估的彈道極限速度，設(shè)計(jì)了15發(fā)穿甲實(shí)驗(yàn)，彈體初始速度范圍為260～520 m/s。逐個(gè)測(cè)量鎢球和擠鑿塊質(zhì)量、靶板厚度、鎢球初速和余速以及擠鑿塊速度，對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄如表2所示。

表2 φ8 mm鎢球沖擊3 mm厚GH4169靶板實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 8 mm diameter tungsten ball impact 3 mm thick GH4169 plates experimental results

3 mm厚GH4169靶板在鎢球沖擊實(shí)驗(yàn)中未出現(xiàn)貫穿速度與未貫穿速度存在混合區(qū)，3 mm厚GH4169在鎢球沖擊實(shí)驗(yàn)中最低的貫穿速度(336.2 m/s)與最高的未貫穿速度(334.7 m/s)差值僅1.5 m/s，可用兩彈初速平均值表示彈道極限速度，即V50=335.45 m/s。圖3表示了實(shí)驗(yàn)中彈體余速和初速的關(guān)系，散點(diǎn)表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)Recht-Ipson模型擬合得到彈體初速和余速的關(guān)系曲線，如實(shí)線所示。從圖3可以看出，隨著彈體初速減小彈體初速和余速曲線的非線性度顯著增加，在彈道極限速度附近，出現(xiàn)約100 m/s的彈體余速跳躍值。

圖3 3 mm厚GH4169靶板的彈體初速和余速關(guān)系Fig.3 Residual velocity curve for 3 mm thick GH4169 plates

圖4為實(shí)驗(yàn)序號(hào)1中靶板的剖面圖，明顯看出圓形穿孔的背面有部分材料擠出而形成的環(huán)狀凸起，該環(huán)狀凸起的質(zhì)量等于杯狀擠鑿塊相對(duì)于柱狀擠鑿塊所減少的質(zhì)量。球形和半球形頭彈體沖擊中厚金屬靶時(shí)認(rèn)為靶板首先受拉應(yīng)力作用而后才出現(xiàn)剪切，因此在沖擊過(guò)程中產(chǎn)生了相對(duì)平頭彈體貫穿中厚金屬靶產(chǎn)生的柱狀擠鑿塊質(zhì)量較小的杯狀擠鑿塊，擠鑿塊減少的質(zhì)量均被彈體擠向靶板背面，從而形成環(huán)狀凸起，并將杯狀擠鑿塊簡(jiǎn)化為圓臺(tái)以便對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算。如圖5所示，實(shí)驗(yàn)回收的典型杯狀擠鑿塊尺寸明顯小于穿靶后的鎢球直徑d，將杯狀擠鑿塊等效為圓臺(tái)，d1和d2分別為圓臺(tái)的上下底面直徑，另外，從表2可以看出擠鑿塊質(zhì)量與鎢球初速相關(guān)性不大。

圖4 實(shí)驗(yàn)序號(hào)1中GH4169靶板截面Fig.4 Section of GH4169 plate in Exp.No1

圖5 實(shí)驗(yàn)回收的鎢球與典型擠鑿塊Fig.5 Recycled tungsten ball and typical plug

直徑8 mm鎢球正沖擊3 mm厚GH4169靶板的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)擠鑿塊與彈體是分離的。實(shí)驗(yàn)中高速攝影拍到實(shí)驗(yàn)序號(hào)4中典型靶后鎢球和擠鑿塊運(yùn)動(dòng)軌跡如圖6所示，明顯看出擠鑿塊比鎢球運(yùn)動(dòng)更快，此發(fā)實(shí)驗(yàn)中鎢球彈體初速382.5 m/s，余速208.2 m/s，擠鑿塊速度263.0 m/s。

圖6 實(shí)驗(yàn)序號(hào)4中鎢球和擠鑿塊相對(duì)位移Fig.6 Relative displacement of tungsten ball and plug in Exp.No 4

3 模型的驗(yàn)證與分析

通過(guò)文獻(xiàn)[8]以及上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可對(duì)中厚金屬靶的擠鑿塊速度模型在三種不同形狀彈體(平頭、半球形頭、球形彈體)情況下進(jìn)行驗(yàn)證。B?rvik等通過(guò)基于激光的光學(xué)設(shè)備在輕氣炮發(fā)射平頭及半球形頭的工具鋼彈體(直徑20 mm，質(zhì)量0.197 kg)沖擊厚度12 mm的Weldox 460 E鋼靶板的實(shí)驗(yàn)中得到了彈體余速和擠鑿塊速度，平頭彈體數(shù)據(jù)點(diǎn)如圖7中“□”所示，半球形頭彈體數(shù)據(jù)點(diǎn)如圖7中 “△”所示。將鎢球沖擊GH4169靶板實(shí)驗(yàn)的彈體余速和擠鑿塊速度數(shù)據(jù)點(diǎn)如圖7中 “○”所示。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)均在直線Vs=Vr之上，表明擠鑿塊速度均大于彈體余速?；谑?5)對(duì)上述的彈體余速和擠鑿塊速度數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到不同類型剛性鈍頭彈體的k，Vsrjump如表3所示，后續(xù)可根據(jù)剛性鈍頭彈體的形狀直接從表3中選取擠鑿塊速度模型的參數(shù)值。

將通過(guò)式(5)得到的擠鑿塊速度與彈體余速關(guān)系曲線繪制在圖7中，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合很好，表明式(5)可很好的描述擠鑿塊速度與彈體余速的關(guān)系。將曲線橫坐標(biāo)延長(zhǎng)至彈體余速等于0 m/s，此時(shí)對(duì)應(yīng)一定的擠鑿塊速度，曲線與縱坐標(biāo)軸的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值表示了擠鑿塊速度相對(duì)于彈體余速為0時(shí)的跳躍值Vsrjump。

圖7 彈體余速與擠鑿塊速度關(guān)系Fig.7 Residual velocity of projectiles and plug velocity

針對(duì)剛性鈍頭彈體(平頭、半球形頭、球形)正貫穿中厚金屬靶的三組實(shí)驗(yàn),圖8給出不同彈靶條件下獲得的彈體初速和擠鑿塊速度。將文獻(xiàn)[8]以及表2中的彈體初速和擠鑿塊速度繪入圖8中，平頭彈體數(shù)據(jù)點(diǎn)如圖8中“■”，半球形頭彈體數(shù)據(jù)點(diǎn)如圖8中“▲”，球形彈體數(shù)據(jù)點(diǎn)如圖8中“●”。將彈體質(zhì)量、彈體直徑、靶板厚度、靶材密度等彈靶條件代入式(7)和式(8)得到?和η，將?和η及表3中的k和Vsjump一并代入擠鑿塊速度模型式(9)，得到3種彈靶條件對(duì)應(yīng)的擠鑿塊速度與彈體初速曲線如圖8中曲線所示。

圖8 擠鑿塊速度模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較Fig.8 Comparison of the plug velocity model and experimental results

從圖8可以看出，擠鑿塊速度模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有很好的一致性，表明本文提出的擠鑿塊速度模型可以準(zhǔn)確計(jì)算剛性鈍頭彈體(平頭、半球形頭、球形)正貫穿中厚金屬靶射出的擠鑿塊速度(包括擠鑿塊在彈道極限速度附近出現(xiàn)的速度跳躍值Vsjump)。另外，對(duì)于三種剛性鈍頭彈體正貫穿中厚金屬靶射出的擠鑿塊速度，平頭彈體較于半球形頭彈體和球形彈體穿靶后射出的擠鑿塊速度跳躍值Vsjump小得多，隨著彈體初速的增加平頭彈體對(duì)應(yīng)的擠鑿塊速度上升更快，圖8中曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的吻合程度正說(shuō)明了擠鑿塊速度模型可對(duì)上述實(shí)驗(yàn)規(guī)律給出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。擠鑿塊速度模型實(shí)現(xiàn)了彈體貫穿中厚金屬靶射出的擠鑿塊對(duì)靶后目標(biāo)毀傷能力的定量描述，同時(shí)在多層間隔靶穿甲研究中，當(dāng)彈體貫穿上一層靶板后，為計(jì)算下一層靶板的沖擊工況給出了顯式的理論計(jì)算模型。

4 結(jié) 論

剛性鈍頭彈體正貫穿中厚金屬靶時(shí)，對(duì)于很多材料的靶板會(huì)射出與彈體余速不同速度的擠鑿塊，將擠鑿塊速度和彈體余速分開(kāi)來(lái)考慮，首次建立了擠鑿塊速度的計(jì)算模型，主要完成了以下工作并得出如下結(jié)論：

(1)考慮了擠鑿塊形狀與彈體形狀(平頭、半球形頭、球形)相關(guān)，改進(jìn)了中厚金屬靶的剪切沖塞模型，改進(jìn)后模型的應(yīng)用范圍從平頭彈體擴(kuò)展至半球形頭彈體和球形彈體?；谀芰渴睾愣珊透倪M(jìn)后的剪切沖塞模型，建立了剛性鈍頭彈體正貫穿中厚金屬靶的擠鑿塊速度模型。

(2)在鎢球正沖擊GH4169中厚金屬靶實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用高速攝影獲得了彈體初速、彈體余速和擠鑿塊速度，回收擠鑿塊并測(cè)得擠鑿塊質(zhì)量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)[8]中數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證提出的擠鑿塊速度模型，模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有很好的一致性。擠鑿塊速度模型可準(zhǔn)確計(jì)算剛性鈍頭彈體正貫穿中厚金屬靶所射出的擠鑿塊速度。

(3)擠鑿塊速度模型可以定量描述剛性鈍頭彈體(平頭、半球形頭、球形)正貫穿中厚金屬靶射出的擠鑿塊對(duì)靶后目標(biāo)的毀傷能力。同時(shí)，擠鑿塊速度模型可為多層間隔靶的穿甲研究提供一定的理論支撐。