3-60  刚性弹对金属靶板的斜穿甲分析

陈小伟

刚性弹对金属靶穿甲通常由侵彻过程和最终失效模式控制，常用多阶模型进行分析。如何在斜穿甲分析模型中包括主要的变形和失效模式而同时保持模型的简便和合理精度，仍是值得尝试的。基于动态空腔膨胀和冲塞机制，文中研究不同头形刚性弹以斜角b对厚度H的金属靶的斜穿甲。

由于非轴对称阻力的作用，假设方向改变角d发生在弹体头部进入金属靶的前表面。对应地，靶板的有效厚度是H_eff = H/cos(b+d)。用能量法近似，假设垂直于侵入路径的初始动能消费相等于平均侧向力沿圆弧段所做的机械功，由此可计算方向改变角d。

式中，I和N分别是冲击函数和弹体几何函数；h和d分别是弹体头部高度和弹径。

弹体方向在初始阶段改变以后，侵彻过程中仅有沿轴向的阻力存在，可由动态空腔膨胀理论得到。如图1，后续过程分为穿甲/侵彻和冲塞两相。模型假设弹体与靶体以同一速度和同方向穿出靶板。对于细长尖头的弹体，最后的冲塞相将不存在。

可显式得到一般头形刚性弹斜穿甲金属靶的终点弹道理论公式。在特殊情形时可进一步简化，例如对于细长尖头刚性弹，终点弹道极限v_BL和剩余速度v_r表示如下

   ,       

式中，s _y、r分别是靶材强度和密度；A为无量纲的靶材系数；N₁为弹头形状因子。

理论预期与实验结果及其它模型相比较吻合较好。图2给出Piekutowski等(1996)关于尖卵形弹正/斜穿甲6061-T651铝靶的剩余速度与初速关系的实验结果以及对应的理论预期。图3则表示在着角30°和45°的斜穿甲时，方向改变角d 随初速度v₀变化的理论预期，以及Roisman等(1999)的计算结果。图4给出不同厚度合金铝靶Al3斜穿甲的无量纲速度降(v₀-v_r)/v₀与初始斜角关系的实验结果[Gupta and Madhu(1997)]和理论预期。本分析模型不能描述跳飞现象的物理本质，但可以通过斜撞击的上限逼近来预期跳飞发生的临界着角，在图4中对应于b_c。

研究表明，金属靶的斜穿甲由数个无量纲数控制，即冲击函数I、弹体几何函数N、无量纲靶厚c及撞击斜角b。该模型适于一般头形的刚性弹对薄/中厚度金属靶的斜穿甲，可用于半穿甲战斗部斜穿甲的终点弹道性能预估。