彭文均 王曉強

1 海軍裝備部駐武漢地區(qū)軍事代表局，湖北武漢430064

2 中國艦船研究設(shè)計中心軍事代表室，湖北武漢430064

0 引 言

水下接觸爆炸的兩個主要毀傷元素是沖擊波和高速破片，其中高速破片的初始速度可以達到1 100 m/s 以上，具有很強的穿甲破壞能力［1］。為抵御高速破片的侵徹，水面艦艇一般都設(shè)有裝甲防護結(jié)構(gòu)。艦船裝甲結(jié)構(gòu)又有不同的組成，如空艙/液艙/裝甲板、陶瓷/船用鋼［2］和船用鋼/裝甲板等，其中裝甲板在裝甲結(jié)構(gòu)的防護中起主要作用，其一般由復(fù)合材料層合板構(gòu)成。復(fù)合材料層合板主要包括玻璃纖維增強、芳綸（KFRP）纖維增強、碳纖維增強和高強聚乙烯（UHMWPE）增強等，其中高強聚乙烯增強層合板具有密度小、防護效率高等優(yōu)點，在艦船防護中具有舉足輕重的作用，因此，研究高強聚乙烯層合板在高速破片侵徹下的抗侵徹性能具有十分重要的意義。

方案一：采用慣性傳感器：可采用慣性傳感器進行慣性導(dǎo)航來確定小車的路程。作為不需外部依賴的導(dǎo)航方式，慣性導(dǎo)航有著特殊的優(yōu)勢，在飛行器定位等有著廣泛的應(yīng)用。但由于我們僅為二維平面的運動，且通過加速度進行兩次積分計算路程勢必會造成較大的誤差，而通過濾波等手段處理則大大增加了程序的復(fù)雜性且未必能較好的消除誤差。

以UHMWPE 纖維作為增強材料，層合板的防彈能力是KFRP 的3.6 倍。到目前為止，UHMWPE纖維的防彈性能仍是最好的［3］。纖維增強塑料（Fiber Reinforced Plastics，F(xiàn)RP）的成型方法主要有手糊、層壓、噴射和纏繞等［4］，而用于防彈板制作的主要是前兩種。近年來，國內(nèi)外在UHMWPE纖維增強復(fù)合材料的防彈性能方面進行了很多研究［5］，得出成型壓力為12.5 MPa 時，高強聚乙烯防彈板的防彈性能最好，纖維的剪切和拉伸變形是兩種主要的響應(yīng)模式，同時靶板還會出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象［6-7］，另外，還有學(xué)者通過彈道試驗得到了立方體破片侵徹高強聚乙烯層合板的彈道極限和剩余速度的經(jīng)驗公式［8］。以上這些針對高強聚乙烯層合板的研究所針對的破片主要是制式彈，這與世界上較為通用的破片模擬彈有所差別，這就導(dǎo)致在使用這些經(jīng)驗公式時容易出現(xiàn)誤差。

在以上研究背景下，本文將以較為通用的破片模擬彈侵徹不同面密度的高強聚乙烯層合板為研究對象開展彈道試驗研究，分析層合板的變形模式和吸能機理，根據(jù)試驗結(jié)果得到彈道極限和剩余速度的經(jīng)驗公式，并將經(jīng)驗公式的計算值與試驗結(jié)果和比較著名的經(jīng)驗估算公式進行比較。

1 彈道試驗概述

1.1 破片的發(fā)射及測試系統(tǒng)

由于反艦導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部爆炸所產(chǎn)生的高速破片的形狀一般具有不規(guī)則性（預(yù)制破片除外），根據(jù)穿甲力學(xué)的理論知識，不同形狀的彈體，其侵徹機理和侵徹能力存在較大差異，這將對艦船裝甲防護結(jié)構(gòu)設(shè)計及其抗彈性能的評估帶來很多難以確定的因素。近年來，破片模擬彈（Fragment Simu?lating Projectile，F(xiàn)SP）在西方國家的彈道沖擊研究中被大量使用，主要有北約國家和美國。針對破片殺傷穿甲的特點而設(shè)計的FSP Stanag 2920 如圖1 所示，其彈體為圓柱體，頭部兩側(cè)有兩個鈍切削面，中間為平面凸緣，為美國國防部頒發(fā)的軍事標準MIL-STD-662F 和美國司法部頒布的警用人體裝甲彈道標準NIJ-0101.04 所采用。因此，本文將以10 g FSP 作 為UFRP（UHMWPE Fiber Rein?forced Plastics）的主要防護對象。

圖1 試驗用10 g 破片模擬彈Fig.1 10 g FSP for the experiment

本文將以10 g 破片模擬彈（材料為45 號鋼，淬火處理）侵徹不同面密度的高強聚乙烯層合板為研究對象，通過彈道試驗研究層合板的變形和吸能情況，并根據(jù)試驗結(jié)果研究彈道極限和剩余速度隨面密度變化的經(jīng)驗關(guān)系式。

在同一破片、同種材料靶板的情況下，認為式（5）中的v50和n 值僅與面密度Ad有關(guān)，以此為依據(jù)，再結(jié)合表1 中的面密度、彈道極限值和剩余速度值，分別擬合得到了不同面密度對應(yīng)的n 值，如表3 所示。

剩余速度的計算和預(yù)測在裝甲設(shè)計中也具有舉足輕重的作用，它是衡量靶板抗侵徹性能的一個重要指標。Chocrons 等［13］認為，剩余速度可以根據(jù)Lambert方程進行計算：

圖2 彈道試驗示意圖Fig.2 Sketch of ballistic impact experiment

1.2 試驗靶板的制備

為了研究UFRP 的彈道極限隨面密度的變化情況，主要研究的面密度Ad有7.1，14.0，15.4，19.3，20.6，30.3 kg/m2等，靶板面內(nèi)大小為300 mm× 300 mm，滿足文獻［9］提出的最小靶板尺寸200 mm × 200 mm 的要求，靶板四周被固定在支架上。由于試驗數(shù)據(jù)較多，表1 只列出了部分較為典型的彈道試驗結(jié)果。

表1 10 g FSP 侵徹不同面密度層合板的部分試驗結(jié)果Tab.1 Ballistic experimental results

2 彈道試驗結(jié)果及分析

2.1 彈道試驗結(jié)果

采用高速攝影設(shè)備拍攝了彈道試驗T2-U13的破片模擬彈侵徹過程，取侵徹開始、侵徹中和侵徹結(jié)束3 個階段作為典型的考察階段，具體的侵徹情況如圖3 所示。

馬國平挺直腰身，走到隊列面前：“我昨天到團部開會，團長說，根據(jù)情報，日軍從大別山敗退之后，重新組織兵力，隨時準備反撲過來。我連首當其沖，必須隨時作好戰(zhàn)斗準備！”

圖3 T2-U13 的破片侵徹過程Fig.3 Penetration process of T2-U13

在破片模擬彈侵徹較厚UFRP 靶板的侵徹過程中（圖3），侵徹開始階段處于表面的纖維發(fā)生斷裂，且在慣性力的作用下向靶前運動，同時，UFRP 表層破壞時噴射出的基體碎片也產(chǎn)生了大量的白色粉末；當初速度小于彈道極限時，靶板的背部凸起和變形區(qū)域纖維隨著侵徹的進行而逐漸增大，且U13 呈現(xiàn)出明顯的分層和大范圍的凸起變形，這就是高強聚乙烯層合板具有優(yōu)越的抗彈性能的具體體現(xiàn)。

作為中國生產(chǎn)整體硬質(zhì)合金刀具的專業(yè)制造廠家，喜威一（北京）刀具有限公司擁有自己的品牌“CVE”，產(chǎn)品有硬質(zhì)合金標準刀具（銑刀、鉆頭及鉸刀）和非標準刀具（鉆鉸刀、內(nèi)冷鉆、階梯鉆、階梯鉸、復(fù)合刀具及成型刀具），并提供修磨、涂層服務(wù)；而刀具產(chǎn)品原材料均采用歐洲進口合金棒料，擁有世界一級的生產(chǎn)設(shè)備。另外，該公司還是意大利UFS絲錐的中國總代理。

圖4 U9 靶板的背面變形（V0=402.3 m/s）Fig.4 Rear deformation of target U9

圖5 U10-U11 的靶板背面變形Fig.5 Rear deformation of target U10-U11

圖6 U12-U13 的靶板背面變形Fig.6 Rear deformation of target U12-U13

2.2 試驗結(jié)果分析

UFRP 在遭受破片模擬彈的高速侵徹時，不同厚度的靶板在相近速度侵徹時，以及同一厚度在不同沖擊速度時，都會呈現(xiàn)出不同的變形規(guī)律，如圖4～圖6 所示。

對于初速度小于彈道極限和在彈道極限附近的靶板背部的變形模式（圖4），主要體現(xiàn)在背部出現(xiàn)了大范圍的、較大的凸起，這是纖維發(fā)生拉伸變形的主要特征。同時，由于T2-U9 的速度較T1-U9 速度的更接近彈道極限，這就使得其單位面密度吸能較大，這與圖中所顯示的變形區(qū)域和凸起高度的大小一致。

本文根據(jù)試驗結(jié)果，并參考常用經(jīng)驗公式（式（4））的表達方式擬合得到了10 g 破片模擬彈侵徹高強聚乙烯層合板的彈道極限隨面密度的變化情況，并將計算結(jié)果列于表2 中。用經(jīng)驗公式計算得到的彈道極限隨面密度的變化趨勢如圖7 所示。

3 彈道極限及剩余速度分析

3.1 彈道極限分析

國際上針對1.1 g 破片模擬彈侵徹高強聚乙烯層合板的彈道極限經(jīng)驗公式較多，主要有：Ire?monger 等［10］和Lee 等［11］根據(jù)試驗結(jié)果，給出了針對高強聚乙烯纖維平紋織物層合板的經(jīng)驗公式，如式（1）；Grop 等［12］將破片的質(zhì)量因素考慮進了破片彈侵徹Dyneema 裝甲的彈道極限公式，如式（2）。本文將質(zhì)量的差別代入式（2）即可得到針對10 g 破片模擬彈的彈道極限的計算公式，如式（3）所示。

受人員、船舶和通航環(huán)境等因素的影響，內(nèi)河水上交通事故時有發(fā)生，而快速有效的水上搜救是降低事故帶來的直接經(jīng)濟損失和人員傷亡的關(guān)鍵所在，而實施水上搜救的關(guān)鍵問題之一就是能夠?qū)κй櫸矬w的漂移軌跡進行精確的預(yù)測，從而提升搜救的針對性。針對這一問題，采用Leeway模型和拉格朗日追蹤法對漂移物體的軌跡進行預(yù)測，然后結(jié)合航道邊界特征提出物體最終漂移位置的預(yù)測方法，利用MATLAB軟件實現(xiàn)模型仿真，仿真結(jié)果表明：提出的模型能夠在一定程度上體現(xiàn)內(nèi)河失蹤物體漂移的基本規(guī)律，能夠根據(jù)風(fēng)流特征預(yù)測物體最終漂移位置的分布情況。

分別采用式（1）和式（3）計算了本文試驗所用到的面密度對應(yīng)的彈道極限速度，如表2 所示。從中可以看到，由于破片質(zhì)量的差異，采用常用的經(jīng)驗公式無法真實地再現(xiàn)試驗結(jié)果。

表2 不同公式計算的破片模擬彈的彈道極限值Tab.2 Ballistic limit values of FSP calculated by different formulas

上述靶板在不同侵徹速度的變形模式可以概括為：初速度遠小于彈道極限時，靶板主要呈現(xiàn)拉伸變形模式，背部出現(xiàn)一定的凸起，靶板的防護能力沒有完全發(fā)揮，單位面密度吸能較??；初速度在彈道極限附近時，靶板出現(xiàn)剪切和拉伸兩種破壞模式，且背部出現(xiàn)較大凸起，靶板的防護能力完全發(fā)揮出來，單位面密度吸能出現(xiàn)極大值；初速度遠大于彈道極限時，靶板呈現(xiàn)剪切破壞模式，背部的凸起和單位面密度吸能都較小。因此，高強聚乙烯層合板在彈道極限附近的防護效率最高。

圖7 破片模擬彈侵徹UFRP 的彈道極限曲線Fig.7 Ballistic limit curve of FSP penetrating UFRP

從表2 和圖7 中可以看到，式（1）的誤差較大，其主要原因是試驗用的破片質(zhì)量與式中所表示的不一樣，前者是1.1 g，后者是10 g，從而導(dǎo)致式（1）的計算值偏大；式（3）的誤差呈現(xiàn)出由大變小再變大的趨勢，特別是當UFRP 的面密度達到30.3 kg/m2時，經(jīng)驗值與試驗值的偏差最大，其主要原因是式（3）也是根據(jù)一定的試驗結(jié)果得到的經(jīng)驗公式，存在一定的誤差，另外，式（3）所表示的彈道極限隨面密度的變化趨勢較緩慢，與較薄的靶板不同，這可能與靶板較厚、具有較大的剛度和吸能機理等因素有關(guān)；式（4）的計算值與試驗結(jié)果的誤差較小，圖7 顯示出式（4）表示的曲線與試驗值的變化趨勢一致，可以將其作為10 g 破片模擬彈侵徹高強聚乙烯層合板的彈道極限的經(jīng)驗公式。因此，在以下關(guān)于剩余速度的研究中將采用式（4）作為彈道極限速度的經(jīng)驗公式。

3.2 剩余速度分析

高強聚乙烯層合板的四邊被固定在支架上，采用靶網(wǎng)計時器法測速。

作為中國財稅改革的親歷者和見證者，劉克崮深知個人所得稅的一大功能是調(diào)節(jié)收入分配?！盁o論是起征點的上調(diào)，還是專項附加扣除，都有一定程度的反向操作，使得高低收入人群間的差距越來越大”。

采用14.7 mm 滑膛彈道槍發(fā)射破片，速度由裝藥量來控制。同時，為保證發(fā)射所必須的密封性能并達到規(guī)定的速度，破片又用特制的鋁合金卡環(huán)（彈托）包覆。彈托在出膛后會自動分離，使破片以預(yù)定的速度飛行。在進行彈道試驗時，布置高速攝影機和照明設(shè)備在側(cè)面拍攝彈道侵徹的全過程，以觀察靶板的變形情況和彈丸的運動情況。彈道試驗示意圖如圖2 所示。

表3 不同面密度Ad 下的n 值Tab.3 Values of Ad and n

n 值與Ad的關(guān)系可以根據(jù)上述結(jié)果擬合得到，通過多種函數(shù)的模擬研究發(fā)現(xiàn)，采用指數(shù)函數(shù)的形式可以對剩余速度有更好的預(yù)測：

為了直接得到剩余速度與面密度的關(guān)系，將式（4）、式（6）代入式（5），即可得到剩余速度的經(jīng)驗公式：

由式（7）計算得到的剩余速度值與表1 所示的彈道試驗得到的剩余速度值的對比情況如表4和圖8 所示。從中可以看到，除個別數(shù)據(jù)外，式（7）所計算的剩余速度較好地反映了試驗值的變化趨勢，經(jīng)驗值和試驗值之間的誤差較小，能夠滿足裝甲設(shè)計中對UFRP 剩余速度的精度要求。因此，可以將式（7）作為10 g 破片模擬彈侵徹高強聚乙烯層合板剩余速度的經(jīng)驗公式，以有效地指導(dǎo)UFRP 裝甲結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

表4 剩余速度經(jīng)驗值Tab.4 Experiential values of residual velocity

圖8 破片模擬彈的剩余速度曲線Fig.8 Residual velocity graph of FSP

4 結(jié) 論

本文針對10 g 破片模擬彈侵徹不同面密度的高強聚乙烯層合板進行了彈道試驗研究，分析了試驗結(jié)果和靶板的變形模式、吸能機理，比較了不同的經(jīng)驗公式對彈道極限的預(yù)測精確度，研究了不同類型破片的彈道極限、剩余速度隨面密度的不同的變化趨勢，分別得到了適合本文研究對象的計算彈道極限和剩余速度的經(jīng)驗公式，主要結(jié)論如下：

1）10 g 破片模擬彈侵徹時，靶板在不同侵徹速度的變形模式可以概括為：初速度遠小于彈道極限時，靶板主要呈現(xiàn)拉伸變形模式，靶板的防護能力沒有完全發(fā)揮；初速度在彈道極限附近時，靶板出現(xiàn)剪切和拉伸兩種破壞模式，靶板的防護能力完全發(fā)揮出來；初速度遠大于彈道極限時，靶板呈現(xiàn)剪切破壞模式，單位面密度吸能也較小。因此，高強聚乙烯層合板在彈道極限附近的防護效率最高。

(1)保持家?；ネ?lián)系，以便家長及時了解子女的在校表現(xiàn)，學(xué)校及時了解學(xué)生在家表現(xiàn)和在社會上的表現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)問題及時處理、及時解決，避免發(fā)生惡性事件。

意境是文學(xué)作品一種文學(xué)形態(tài)，“意”即作者所賦予作品的思想情感，而“境”則是客觀事物。作者將表達的思緒情感寄托于某種物象景象,創(chuàng)造出“景中情”的意象來,在意象創(chuàng)造的基礎(chǔ)上引發(fā)讀者的想象，使其感受到一種境界—“境生像外”?！霸⑶橛诰?借景抒情,寓理于景,借景達理”是陌生化賦予了意境不可思議的審美張力，作品的“弦外之音”與“景外之景”往往帶給讀者深刻的審美想象，讀者審美想象力越豐富,意境的互借互容就越充分,意境的審美張力就越大。如，作家狄更斯《霧都孤兒》作品中，通過倫敦環(huán)境的塑造，以及人物心理情感的刻畫，折射出人物悲慘的境遇，仿佛使讀者身臨其境，深切的體會作品中的凄涼意境。

2）本文根據(jù)試驗得到的10 g 破片模擬彈侵徹UFRP 的彈道極限和剩余速度的經(jīng)驗公式與試驗結(jié)果吻合較好，可以用它們預(yù)測UFRP 靶板的彈道極限和剩余速度，以有效指導(dǎo)UFRP 裝甲結(jié)構(gòu)的設(shè)計，從而降低試驗成本，節(jié)約設(shè)計時間，提高設(shè)計精度和可靠性。

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