硬目标防护功能及毁伤效应分析

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：图6.23不同活性材料密度条件下活性聚能战斗部对混凝土目标毁伤效应从机理上分析，低密度活性材料将导致活性聚能侵彻体成形凝聚性较差，活性聚能侵彻体形貌较活性材料密度高时更为短粗，速度也有所下降。

1.侵彻毁伤效应

锥角作为活性药型罩重要结构参数之一，对活性聚能侵彻体的直径、速度分布、凝聚性等均有显著影响。为了对比分析活性药型罩锥角对侵彻毁伤效应的影响，开展了活性药型罩锥角为50°、55°、60°和65°条件下的混凝土目标侵彻实验。

不同活性药型罩锥角条件下活性聚能战斗部对混凝土靶侵彻毁伤效应如图6.22所示。活性聚能侵彻体撞击混凝土靶后，撞击应力远高于混凝土抗压极限，撞击点附近第一层钢筋网外层混凝土受到强烈压缩并被压碎，而后在自由面效应及高速侵彻共同作用下脱落剥离，形成漏斗坑。钢筋网内层混凝土在钢筋网的约束作用下基本未发生脱落，因此入口漏斗坑呈浅碟状。

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图6.22　不同锥角条件下活性聚能战斗部对混凝土靶毁伤效应

随着活性聚能侵彻体的进一步侵彻，其与混凝土的接触面积逐渐增大，活性聚能侵彻体的速度也逐渐下降，混凝土内部剪应力相应减小，混凝土崩落效应逐渐减弱。此时，混凝土被压碎成较小颗粒并向周围挤压形成侵孔。在活性聚能侵彻体反应弛豫时间后，活性聚能侵彻体发生分布式化学能释放，在侵孔内产生强烈内爆效应，不仅可扩大入口漏斗坑直径及加剧入口处钢筋网内层混凝土脱落，同时也扩大了混凝土靶内部侵孔直径。但值得注意的是，由于钢筋对混凝土基体起到较好的约束作用，活性聚能侵彻体在侵彻混凝土靶时所造成的贯穿裂纹有所减少。

随着活性药型罩锥角增大，侵孔入口处混凝土破坏程度减弱，但靶体内部侵孔直径逐渐增加。锥角为50°时，侵孔入口处第一层钢筋网裸露面积最大，混凝土脱落最为严重，侵孔形状也较为规则平滑，但此时侵孔直径仅为0.41 CD，为所有锥角条件中最小的。随着活性药型罩锥角增加，入口处混凝土崩落效应逐渐减弱，混凝土表面仅出现贯穿裂纹但未发生脱落，侵孔直径逐渐增大。

从机理上分析，一方面，随着活性药型罩锥角的增加，活性聚能侵彻体头部速度逐渐下降，在靶体内所产生的压力也相应减小，混凝土仅产生裂纹但并未脱落，从而减弱了侵孔附近混凝土毁伤效应；另一方面，活性聚能侵彻体速度梯度随着活性药型罩锥角增加而减小，侵孔直径增加，开坑阶段消耗侵彻体质量下降，侵孔直径相应增大，更多活性材料得以随进后在侵孔内发生爆燃，进一步扩大侵孔直径。

不同活性药型罩锥角条件下活性聚能战斗部侵彻混凝土目标实验数据列于表6.3，在炸高为1.5 CD条件下，锥角为50°～65°活性聚能战斗部均能有效穿透0.8 m厚的混凝土靶，且在混凝土靶上形成直径不小于0.4 CD的侵孔，这表明活性聚能战斗部侵彻性能良好。此外，活性药型罩锥角对活性聚能战斗部侵彻混凝土靶的影响规律与传统惰性药型罩聚能装药基本一致，即活性聚能侵彻体在混凝土靶上形成的侵孔直径随着活性药型罩锥角增加而增大。

表6.3　不同活性药型罩锥角条件下的实验结果

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对活性药型罩而言，活性材料密度既决定了活性聚能侵彻体的动能侵彻能力，同时又决定了活性材料的激活特性与含能量，因此活性材料密度对活性聚能战斗部毁伤行为有着显著影响。为了进行对比分析，开展活性材料分别为4.6 g/cm3和7.0 g/cm3的活性聚能战斗部对混凝土目标侵彻实验。

不同活性材料密度条件下活性聚能战斗部对混凝土目标毁伤效应如图6.23所示。从图中可以看出，两种密度的活性药型罩所形成的活性聚能侵彻体均在混凝土靶入口处形成一定深度的漏斗坑，第一层钢筋网裸露在外，周围混凝土发生碎裂脱落。此外，侵彻出口处混凝土靶均出现大面积碎裂和崩落，钢筋交错裸露在外。不同的是，活性材料密度较高的活性聚能侵彻体所形成的入口漏斗坑破坏程度更小，混凝土剥落较少，且出口漏斗坑处毁伤也多以混凝土裂纹的形式呈现。而活性材料密度低的活性聚能侵彻体侵彻后靶体前、后均严重破碎脱落，且侵孔直径也较活性材料密度高时有所增加。

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图6.23　不同活性材料密度条件下活性聚能战斗部对混凝土目标毁伤效应

从机理上分析，低密度活性材料将导致活性聚能侵彻体成形凝聚性较差，活性聚能侵彻体形貌较活性材料密度高时更为短粗，速度也有所下降。此外，低密度活性材料的激活阈值较低，反应弛豫时间更短，但含能量更高。一方面，低密度活性聚能侵彻体在侵彻同厚度靶体时所需时间更长，更多剩余活性聚能侵彻体在侵孔内发生爆燃；另一方面，低密度活性聚能侵彻体爆燃反应释放化学能更高，从而对侵彻入口与出口附近的混凝土抛掷作用显著增强。

不同活性材料密度条件下活性聚能战斗部侵彻混凝土目标实验数据列于表6.4。实验数据表明，活性材料密度为4.6 g/cm3和7.0 g/cm3的活性聚能战斗部均能有效穿透0.8 m厚的混凝土靶，且同一密度活性药型罩所形成的侵孔直径基本一致。此外，相比于密度为7.0 g/cm3的活性材料，密度更低的4.6 g/cm3活性材料在混凝土靶中形成的侵孔直径提高了约14.3%。

2.后效毁伤效应

活性聚能侵彻体在贯穿混凝土防护后，随进部分剩余活性聚能侵彻体发生爆燃反应，产生强烈超压效应，对靶后目标造成显著后效毁伤效应。

表6.4　不同活性材料密度条件活性聚能战斗部侵彻混凝土目标实验数据

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活性聚能战斗部对混凝土靶后密闭箱体作用过程如图6.24所示。主装药引爆后，活性聚能侵彻体贯穿0.8 m厚的钢筋混凝土，侵彻过程中发出明亮火光。随后，未反应剩余活性聚能侵彻体通过靶体爆裂穿孔，随进至靶后密闭箱体，到达反应弛豫时间后，发生剧烈爆燃反应，大量火光从密闭箱体连接薄弱处喷出，导致密闭箱体剧烈变形。随着剩余活性聚能侵彻体化学能持续释放，密闭箱体变形加剧，密闭箱体在超压作用下被抛飞至一定距离处。

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图6.24　活性聚能战斗部对混凝土靶后密闭箱体作用过程

活性聚能战斗部对混凝土靶后密闭箱体后效毁伤效应如图6.25所示。实验结果表明，无论活性聚能侵彻体是否与钢筋直接碰撞，均可成功穿透0.8 m厚的混凝土靶，并在碰撞点处造成显著漏斗坑破坏。在贯穿混凝土靶后，随进剩余活性聚能侵彻体发生剧烈爆燃反应，导致密闭箱体发生严重变形。但钢筋对活性射流的干扰作用会在一定程度上影响侵彻后效毁伤威力，造成实验中靶后密闭箱体的毁坏程度有所差异。从机理上分析，活性聚能侵彻体在侵彻钢筋混凝土过程中所消耗越少，对靶后后效毁伤越效应越有利。若需在侵彻过程中多次与钢筋结构作用，将会导致活性聚能侵彻体射流消耗，最终导致后续随进入密闭箱体内的活性材料大幅减少，后效毁伤效应减弱。

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图6.25　活性聚能战斗部对混凝土靶后密闭箱体后效毁伤效应

3.靶后超压效应

不同活性药型罩密度条件下活性聚能战斗部对混凝土靶毁伤效应及靶后超压峰值数据列于表6.5，典型混凝土靶毁伤效应如图6.26所示。相较于高密度活性聚能侵彻体，低密度活性聚能侵彻体侵彻混凝土靶后所形成的侵孔直径与正面剥落区直径均更大。高密度活性聚能侵彻体凝聚性较好，直径较小，动能侵彻所形成的初始侵孔直径也相应较小，且部分侵彻体在反应弛豫时间后在侵孔内发生爆燃反应，使侵孔直径进一步增大。而高密度活性药型罩含能量较低，爆燃反应化学能较少，因此对侵孔的扩孔效应减弱。与此同时，活性药型罩密度一定时，聚能装药炸点高度越小，侵孔直径越小，这主要是由于射流入射点距离地面较近，边界约束效应更强，导致靶体开孔及碎裂效应减弱。

表6.5　混凝土靶毁伤及靶后超压峰值数据

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靶后动态超压曲线如图6.27所示。从超压峰值来看，低密度活性聚能侵彻体贯穿混凝土靶后爆燃反应超压峰值较高密度活性聚能侵彻体更高，导致其后效毁伤威力更强。其主要原因在于低密度活性聚能侵彻体含能量高于高密度活性聚能侵彻体，穿靶后可释放更多化学能。

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图6.26　典型混凝土靶毁伤效应

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图6.27　靶后动态超压曲线

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图6.27　靶后动态超压曲线（续）

同时，调整炸高对爆燃超压峰值及正压区作用时间均有显著影响。分别对比1号和2号、3号和4号实验可发现，降低炸高，同样距离处超压峰值显著增大，但相应正压区作用时间显著减少。其主要原因在于，炸高降低后，活性聚能侵彻体穿靶后爆燃反应中心位置与传感器间距减小，降低了冲击波传播过程中的衰减效应。但同时冲击波也将更快地从地面反射，因此超压峰值将随炸高的降低而增加，而正压区作用时间则相反。此外，从不同位置处传感器所测得的压力来看，靶后1 m处超压峰值约为2 m处的1.5～1.6倍，这同样表明活性材料爆燃所产生超压在空间中传播时衰减较快。

硬目标防护功能及毁伤效应分析

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