3-14  钻地弹的力学设计

陈小伟

对于单纯动能侵彻的钻地弹，存在侵彻深度上限。在战术技术指标一定的前提条件下，弹体结构的优化可实现最大侵深，其中弹体结构的力学设计尤为重要，如弹形、弹材、质量比、长径比等。又因为弹体常为细长中空结构，其抗弯能力和各截断体的连接(包括连接位置和方式等)对其在斜撞击中过靶结构完整性有决定作用。为此，结合作者先前关于穿甲/侵彻的理论工作，开展钻地弹弹体设计的力学分析。

在穿甲动力学的理论研究中，常用刚性弹近似，建立深层钻地武器的分析模型。刚性弹的侵彻/穿甲动力学问题，主要由撞击函数I和弹体几何函数N两个无量纲数控制；本研究进一步明确适合于钻地弹的I和N 的有效范围：对应于常规混凝土靶(单轴抗压强度f_c » 40 MPa)侵彻，100<N<200和50<I<100，而无量纲侵彻深度大约是25<(X/d)<50(其中d为弹径)。

钻地弹壁厚应分别从抗压/拉和抗弯两方面来确定。弹体壳体在抗压条件下的极限厚度h_t是

                                                              (1)

式中无量纲经验常数S=72.0f_c^-0.5，s_cr是弹体壳体材料的临界破坏强度。从（2）式可分别得到细长中空弹体斜侵彻混凝土靶的最大理论着角b或战标确定最大着角b 后弹体无弯曲型破坏的最小理论壁厚

                    (2)

    真实的钻地弹壳体壁厚应取式(1)、(2)的较大值，同时还应进行刚度考核，避免屈曲失效和塑性大变形。抗弯分析指出：弹体在距弹尾位置x¢ = 2L/3(L是全弹长)及其附近的抗弯能力最薄弱。弹体结构设计中可考虑在该处及附近加筋，以增加抗弯刚度；同时在弹体分段设计时，应避免在该处及附近截断。

深层侵彻的弹体长径比L/d=5~10，其头形常取尖卵形。研究表明，一定曲径比y可明显优化弹形，但更高曲径比对弹形优化作用不明显。合适的曲径比取2.5<y<4。弹体头部的设计，原则上头部应考虑有足够的轴向厚度以克服质量侵蚀，同时在最大侧向作用力发生的作用面区域内也应有足够的壁厚，以克服可能的屈曲破坏或侧面质量侵蚀。尖卵形弹头发生质量侵蚀的临界条件为

                                                                (3)

    分析表明内弧面顶部位置以不超过距弹尖h/2~h/3(h是弹体头部长度)距离为宜。同时在弹体头部中空内弧面上设计一个高分子材料缓冲阻尼层用以包裹内部装药是必要的。

其他的相关分析还包括战斗部后盖设计、装填比、弹形和弹材、侵彻效应中的尺度律、混凝土靶的设计等。研究得到有关钻地弹结构设计的具体建议，据此可设计出适用于不同目的的钻地弹弹型。一般而言，可满足钻地弹I和N的有效范围，确保优化的弹形几何和足够的装填比，在一定战术技术指标前提条件下，尽可能实现最大侵深。因此，钻地弹结构的力学设计理论有助于理论指导钻地弹的结构设计和找寻合理的动能侵彻弹型。