周晟, 張甲浩, 余慶波

(北京理工大學(xué) 爆炸科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081)

0 引言

活性材料因其既具有金屬材料的力學(xué)性能、又具備含能材料的反應(yīng)釋能等特性,已經(jīng)成為當(dāng)前高效毀傷領(lǐng)域的熱點(diǎn)前沿研究方向之一[1-3]。目前應(yīng)用較廣泛的氟聚物基活性材料[4-6],具有含能量高、毀傷效應(yīng)好等優(yōu)勢(shì),但其密度和強(qiáng)度較低,應(yīng)用于破片殺爆戰(zhàn)斗部具有一定局限性[7]。金屬基活性破片因其密度大、強(qiáng)度高,對(duì)目標(biāo)具有良好的引燃?xì)?yīng)[8],逐漸成為破片殺爆戰(zhàn)斗部應(yīng)用的熱點(diǎn)。

美國(guó)海軍于2007年底至2008年初發(fā)布了高密度金屬基活性破片SBIR計(jì)劃,要求實(shí)現(xiàn)活性破片密度達(dá)到5～8 g/cm3,含能量達(dá)到4.2～8.4 kJ/g[9]。陳進(jìn)等[10]結(jié)合國(guó)內(nèi)外金屬基活性破片研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì),總結(jié)得出:當(dāng)金屬基活性破片抗拉強(qiáng)度不低于300 MPa,斷裂延伸率達(dá)到5%以上,且破片密度不低于7 g/cm3時(shí),可作為破片戰(zhàn)斗部毀傷元使用;若將密度提高到8～10 g/cm3,斷裂延伸率提高到7%以上則應(yīng)用性更強(qiáng)。典型的金屬基活性破片如Ni/Al強(qiáng)度約為370 MPa,密度約為5.5 g/cm3[11],通過添加高密度金屬可使其密度達(dá)到7 g/cm3以上[12],劉曉俊等[13]制備的W/Zr活性破片強(qiáng)度約為1 860 MPa,密度約為8.34 g/cm3,但其斷裂延伸率僅為1%,抗爆轟驅(qū)動(dòng)完整性差。目前,相關(guān)研究主要集中在金屬基活性破片配方與制備、侵徹能力等方面[14-17],對(duì)金屬基活性破片穿靶后碎片云成形與毀傷機(jī)理研究較少,而靶后碎片云行為對(duì)金屬基活性破片侵徹間隔靶板毀傷效應(yīng)影響重大。因此,研究金屬基活性破片靶后碎片云行為及其毀傷機(jī)理,對(duì)金屬基活性破片在殺爆戰(zhàn)斗部中的應(yīng)用具有重要意義。

本文通過球形金屬基活性破片侵徹間隔鋁靶彈道槍實(shí)驗(yàn),結(jié)合侵靶過程理論分析,對(duì)金屬基活性破片侵徹間隔鋁靶的靶后碎片云成形及其對(duì)后效靶毀傷規(guī)律進(jìn)行研究,建立了碎片云成形理論模型,揭示了其毀傷機(jī)理。

1 彈道槍實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)用球形金屬基活性破片由質(zhì)量百分比為30∶50∶20的W/Zr/Ni粉體混合物制備而成。燒結(jié)后活性破片密度約為9.91 g/cm3,質(zhì)量約為2.66 g,尺寸為φ8 mm?；钚云破捌錅?zhǔn)靜態(tài)壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1所示。根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線得到的力學(xué)性能參數(shù)列于表1。圖1中σb為斷裂強(qiáng)度,σs為屈服強(qiáng)度,E為彈性模量,δ為斷裂延伸率。

表1 活性破片力學(xué)性能參數(shù)

圖1 活性破片及其準(zhǔn)靜態(tài)壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線

1.2 實(shí)驗(yàn)靶標(biāo)

彈道槍實(shí)驗(yàn)靶標(biāo)及其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。靶標(biāo)為迎彈面尺寸300 mm×300 mm,厚度分別為6 mm 和3 mm的2A12雙層間隔鋁靶,前后靶板間距為200 mm。前靶為激活靶,等效目標(biāo)防護(hù)結(jié)構(gòu),用于激活活性破片釋能反應(yīng);后靶為效應(yīng)靶,等效目標(biāo)內(nèi)部結(jié)構(gòu),用于驗(yàn)證活性破片毀傷效應(yīng)。

圖2 實(shí)驗(yàn)靶標(biāo)及其結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)及其實(shí)物照片如圖3所示,主要由口徑14.5 mm彈道槍、測(cè)速儀、間隔靶板和高速攝影等組成?；钚云破ㄟ^彈道槍進(jìn)行加載,獲得一定速度后命中間隔靶板。通過調(diào)整發(fā)射藥量控制活性破片初速,測(cè)速儀置于間隔靶前方用于測(cè)量活性破片碰靶速度,高速攝影用于記錄活性破片的彈靶作用過程。

圖3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)及其實(shí)物照片

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

開展了700～1 500 m/s碰撞速度下活性破片侵徹間隔鋁靶彈道槍實(shí)驗(yàn),以研究著靶速度對(duì)毀傷效應(yīng)影響,將毀傷靶板透光部分面積定義為靶板毀傷面積,并通過圖像識(shí)別方法[18]獲得該毀傷面積。

活性破片以不同碰撞速度v侵徹間隔靶典型靶板毀傷情況如表2所示,毀傷面積及穿孔情況實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表3。從表2中可以看出:活性破片以不同速度貫穿前靶后,在前靶上遺留了不同程度噴射狀反應(yīng)痕跡;隨著碰撞速度增加,反應(yīng)痕跡愈發(fā)顯著,這是由于在碰撞過程中隨著撞擊速度的增加,活性破片參與反應(yīng)的質(zhì)量更多造成的。從表3中對(duì)比穿孔數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),活性破片在穿透前靶時(shí)穿孔直徑隨速度增加,呈先減小、后增大趨勢(shì),其主要原因在于,活性破片在侵徹前靶過程中發(fā)生破碎且部分發(fā)生反應(yīng),參與反應(yīng)的質(zhì)量比隨碰撞速度的增加而增大,由此造成剩余活性破片質(zhì)量和尺寸減小。當(dāng)碰撞速度較低時(shí),活性破片穿孔主要依托自身動(dòng)能,孔徑大小也與破片的直徑密切相關(guān)。在碰撞速度為778 m/s時(shí),破片參與反應(yīng)的質(zhì)量少,破碎程度低,剩余尺寸較1 017 m/s大,因此穿孔直徑較大;而當(dāng)碰撞速度較高時(shí),此時(shí)活性破片更多質(zhì)量參與反應(yīng),釋放的化學(xué)能足以對(duì)前靶板造成毀傷,由此反而增大了侵徹孔徑,此時(shí)更多體現(xiàn)為動(dòng)能與化學(xué)能聯(lián)合穿孔效應(yīng)。

表2 典型靶板毀傷區(qū)域圖片

表3 活性破片侵徹間隔靶毀傷面積及穿孔情況實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表2中后靶毀傷形貌可以看出,碰撞速度對(duì)后靶毀傷形貌影響顯著。隨碰撞速度增加,活性破片侵徹后靶產(chǎn)生的中心貫穿孔徑與貫穿孔周圍毀傷區(qū)域尺寸均呈增大趨勢(shì)。值得注意的是,隨碰撞速度由778 m/s分別增加到1 017 m/s、1 489 m/s時(shí),周圍毀傷區(qū)域中分別呈現(xiàn)出無熏黑反應(yīng)痕跡、部分熏黑反應(yīng)痕跡與全域熏黑反應(yīng)痕跡。且隨碰撞速度增加,周圍毀傷區(qū)域的變形、隆起程度增加,同時(shí)出現(xiàn)隨碰撞速度增加而數(shù)量增多的侵孔。從機(jī)理上分析,活性破片在穿透前靶后,剩余破片發(fā)生碎裂并形成一系列大小不一的碎片繼續(xù)碰撞后靶,并在后靶上形成與前靶一樣的主穿孔。但由于是二次碰撞,此時(shí)活性破片更易發(fā)生反應(yīng),特別是隨碰撞速度的增加,活性破片激活程度更高,反應(yīng)釋放能量更多,因此在后靶位置形成大的中心貫穿孔。同時(shí)破片在穿透前靶后存在一定飛散角,大飛散角的碎片則在側(cè)向速度的影響下逐步偏離原破片彈道,在中心貫穿孔周圍撞擊后靶,形成一系列貫穿或未貫穿侵孔,貫穿與否主要取決于小碎片的質(zhì)量、速度與激活程度,質(zhì)量越大、速度越高、激活程度越高的碎片更易形成貫穿孔。

活性破片以不同碰撞速度侵徹間隔靶板典型高速攝像如圖4所示。進(jìn)一步分析碰撞速度對(duì)毀傷效應(yīng)的影響,從圖4中可以看出,活性破片以不同速度碰撞前靶時(shí),在碰撞位置處產(chǎn)生不同程度火光。對(duì)比圖4(a)～圖4(c)發(fā)現(xiàn),隨著速增加,火光亮度更高,范圍更大,這表明活性破片激活程度隨碰撞速度增加而增加?；钚云破诤罄m(xù)侵徹前靶過程中,向后產(chǎn)生不同程度亮黃色火焰,火焰亮度和范圍隨碰撞速度提高呈增大趨勢(shì)。這是由于活性破片在侵徹過程中已發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)程度隨碰撞速度提高而增加造成的,這與表2中前靶上遺留的噴射狀反應(yīng)痕跡隨碰撞速度增加愈發(fā)顯著相一致?；钚云破跊_擊載荷作用下,內(nèi)部活性元素被激活到發(fā)生爆燃反應(yīng)的時(shí)間為活性破片的遲豫時(shí)間,對(duì)比分析圖4(a)～圖4(c)中產(chǎn)生亮黃色火焰時(shí)刻可知,侵徹過程中活性破片遲豫時(shí)間隨碰撞速度增加而減小,這也與活性破片碰撞前靶時(shí)激活程度隨碰撞速度提高而增加相一致。

圖4 典型高速攝像

從圖4中活性破片穿透前靶后的火光可以看出,部分剩余碎片繼續(xù)發(fā)生反應(yīng),在間隔靶板之間形成近似橢球形的耦合毀傷區(qū),且相同時(shí)刻,耦合毀傷區(qū)的擴(kuò)展區(qū)域和火光亮度隨碰撞速度的增加呈顯著增大趨勢(shì)。進(jìn)一步分析可知,活性破片穿透前靶后的剩余速度和激活程度均隨碰撞速度增加而提高,激活程度更高的碎片在飛散過程中發(fā)生反應(yīng)釋放的化學(xué)能更多,因此火光亮度更高,同時(shí)化學(xué)反應(yīng)以激活碎片為中心進(jìn)行,剩余速度更大的碎片耦合毀傷區(qū)的運(yùn)動(dòng)速度也更快。當(dāng)剩余碎片二次碰撞后靶時(shí),進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)釋放化學(xué)能,且化學(xué)能釋放量隨碰撞速度增加而增大,使得碰撞后靶時(shí)的火光亮度、作用面和火焰徑向擴(kuò)展距離均隨碰撞速度增加而增大。這也與表2中后靶中心貫穿孔大小與毀傷區(qū)域隨碰撞速度增加呈上升趨勢(shì)相一致。

3 分析與討論

3.1 靶后碎片云成形

基于活性破片的沖擊反應(yīng)特性,活性破片侵徹靶板作用過程如圖5所示?；钚云破砸欢ǔ跛倥鲎睬鞍?并在侵徹過程中發(fā)生變形、破碎[19],當(dāng)活性破片穿透前靶后,破碎部分發(fā)生飛散,形成靶后碎片云繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)撞擊后靶,靶后碎片云碰撞后靶時(shí)發(fā)生劇烈爆燃反應(yīng)釋放能量。在動(dòng)能侵徹和化學(xué)能釋放的聯(lián)合作用下,后靶發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞。

圖5 活性破片侵徹靶板作用過程

為分析活性破片彈靶作用行為,建立靶后碎片云成形模型?；谝痪S沖擊波理論,由動(dòng)量守恒推導(dǎo)出活性破片碰撞前靶沖擊壓力p0[20]為

(1)

式中:ρp和ρt分別為活性破片與靶板密度;c和s分別為聲速和材料系數(shù),下標(biāo)p和t分別表示活性破片和靶板;v0為沖擊速度。2A12鋁ct、st分別為5 328 m/s、1.338[19];活性破片cp為4 540 m/s,根據(jù)質(zhì)量插值法[21],活性破片sp為1.17。

將活性破片中的沖擊壓力分布簡(jiǎn)化為與位置相關(guān)的指數(shù)函數(shù):

p(x)=p0e(-δpx)

(2)

式中:p(x)是距碰撞界面x處活性破片內(nèi)的壓力;δp為與材料性質(zhì)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù),本文中活性破片的δp約為0.086 63 mm-1[22]。當(dāng)活性破片內(nèi)部的壓力超過其破碎所需的壓力閾值時(shí),則認(rèn)為其發(fā)生破碎。因此活性破片的破碎尺寸Lf1可以表示為

(3)

式中:Yc是使活性破片完全破碎的壓力閾值,約為2 780 MPa[13]。

撞擊前靶后,活性破片內(nèi)的沖擊波被稀疏波卸載尺寸Lf2[19]可以表示為

(4)

式中:Up和Ut分別為活性破片與靶板中的沖擊波速度;ht為前靶厚度;up和ut分別為活性破片與靶板的質(zhì)點(diǎn)速度;稀疏波速度Cj[19]可以表示為

Cj=Uj{0.49+[(Uj-uj)/Uj]2}0.5

(5)

j=p, t。

因此,活性破片的真實(shí)破碎尺寸Lf可以表示為

Lf=min(Lf1,Lf2)

(6)

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,在實(shí)驗(yàn)著速區(qū)間內(nèi),活性破片侵徹前靶均可近似為沖塞毀傷模式。為得到破片穿透前靶后的剩余速度,忽略破片與塞塊在侵徹過程中的變形,假設(shè)破片侵徹前靶過程中受到靶板阻力而耗散的能量為Ef1,塞塊產(chǎn)生時(shí)的剪切應(yīng)變能為Ef2,塞塊的動(dòng)能為Ef3。則根據(jù)能量守恒可得

(7)

式中:mp為活性破片質(zhì)量;Ef1、Ef2、Ef3[23]分別可以表示為

(8)

Aplug和tplug為塞塊面積與塞塊厚度,Gt為靶板剪切模量,約為28 GPa,τud為靶板的動(dòng)態(tài)剪切斷裂強(qiáng)度,通?？梢员硎緸殪o態(tài)剪切斷裂強(qiáng)度τu的兩倍[24],約為600 MPa,As為受剪切區(qū)域的面積,D為破片直徑,mplug為塞塊質(zhì)量。

根據(jù)式(7)和式(8),活性破片穿透前靶后的剩余速度vr可以表示為

(9)

根據(jù)文獻(xiàn)[25],破片穿透前靶后,破碎部分的平均碎片尺寸sa可以表示為

(10)

式中:Y為活性破片屈服強(qiáng)度;L為活性破片長(zhǎng)度。

假設(shè)活性破片破碎后的碎片是球形的,則碎片總數(shù)N0可以近似為

(11)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)毀傷結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)公式[26],活性破片最大飛散角θmax可以表示為

(12)

靶后碎片云碎片可近似認(rèn)為分布在一個(gè)截錐體內(nèi)。為便于計(jì)算,假設(shè)碎片云中碎片矢量的反方向交匯于前靶中心位置。根據(jù)碎片所處空間位置的飛散角,包含在飛散角內(nèi)的碎片數(shù)量Nθ[27]可以表示為

(13)

根據(jù)式(13),飛散角為[θ,θ+dθ]內(nèi)的碎片數(shù)量Nθi可以表示為

(14)

通常認(rèn)為,碎片云中碎片的速度呈梯度分布,且在[θ,θ+dθ]飛散角范圍內(nèi)的碎片速度相同。其中,[θ,θ+dθ]飛散角范圍內(nèi)的碎片速度vθi[27]可以表示為

(15)

根據(jù)式(12)、式(14)和式(15)建立金屬基活性破片碎片云成形理論模型,通過該理論模型得到不同碰撞速度活性破片穿透前靶后碎片云演化規(guī)律,如圖6所示。從圖6中可以看出,活性破片穿透前靶后形成橢球形碎片云,隨著演化時(shí)間t增加,碎片云沿軸向和徑向擴(kuò)展,且相同時(shí)刻擴(kuò)展區(qū)域隨碰撞速度增加呈增大趨勢(shì),這與圖4中耦合毀傷區(qū)擴(kuò)展規(guī)律一致。這表明,隨碰撞速度增加,碎片云演化過程中擴(kuò)展能力更強(qiáng),活性破片毀傷容積更大,撞擊后靶時(shí)的毀傷面積也更大。

圖6 不同碰撞速度活性破片靶后碎片云演化規(guī)律

3.2 后靶毀傷效應(yīng)

根據(jù)表2中實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知,活性破片在碰撞速度1 017 m/s條件下碰撞后靶時(shí)存在反應(yīng)和未反應(yīng)碎片兩部分。根據(jù)兩部分的交界,結(jié)合式(1)、式(2)和式(13)獲得活性破片反應(yīng)碎片的質(zhì)量與其對(duì)應(yīng)的臨界壓力,將其近似為活性破片的臨界反應(yīng)壓力Ar,該壓力約為8.16 GPa。因此,活性破片碰撞前靶時(shí)的激活尺寸La1可以表示為

(16)

結(jié)合式(6),活性破片的真實(shí)激活尺寸La為

La=min(Lf1,Lf2,La1)

(17)

活性破片破碎尺寸、稀疏波卸載尺寸與激活尺寸隨碰撞速度變化曲線如圖7所示。從圖7中可以看出,由于活性破片尺寸較小,在200～1 500 m/s的碰撞速度下均未發(fā)生稀疏波卸載。活性破片的起始破碎速度為241 m/s,完全破碎速度為467 m/s,這說明活性破片在本實(shí)驗(yàn)最低速度778 m/s條件下已完全破碎,具備發(fā)生反應(yīng)的前提條件[3]?；钚云破钠鹗技せ钏俣葹?65 m/s,完全激活速度為1 236 m/s,這說明當(dāng)碰撞速度大于1 236 m/s時(shí),活性破片已具備完全反應(yīng)釋放能量的條件,此時(shí)若繼續(xù)增大碰撞速度,活性破片撞擊后靶時(shí)的反應(yīng)釋能量不再增加。

圖7 活性破片破碎尺寸、激活尺寸和稀疏波卸載尺寸

根據(jù)式(12)、式(14)和式(15),活性破片碎片云的總動(dòng)能Ek可以表示為

(18)

根據(jù)式(17)活性破片真實(shí)激活尺寸得到活性破片的激活程度,用來表征活性破片碎片云總化學(xué)能的多少。假設(shè)被激活部分反應(yīng)釋放的能量相同,與超出激活壓力閾值部分無關(guān),則活性破片碎片云的激活程度Ad可以表示為

(19)

活性破片碎片云的總動(dòng)能及激活程度隨碰撞速度變化關(guān)系曲線如圖8所示。從圖8中可以看出,當(dāng)碰撞速度大于665 m/s時(shí),靶后碎片云的激活程度,即碎片云中蘊(yùn)含的化學(xué)能隨碰撞速度增加而增大,并在當(dāng)碰撞速度達(dá)到1 236 m/s時(shí)激活程度達(dá)到1。此時(shí),可近似認(rèn)為,活性破片已在侵徹前靶過程中完全激活,碎片云中的化學(xué)能可在碰撞后靶時(shí)完全釋放。隨實(shí)驗(yàn)碰撞速度的增加,活性破片的激活程度分別為0.247、0.678和1.000。同時(shí)根據(jù)式(9),可以得到活性破片侵徹6 mm厚2A12鋁靶的彈道極限速度約為718 m/s,當(dāng)碰撞速度大于718 m/s 時(shí),靶后碎片云的動(dòng)能隨碰撞速度增加而增大。隨實(shí)驗(yàn)碰撞速度的增加,活性破片碎片云中的動(dòng)能分別為70.6 J、399.1 J和1265.6 J。因此,當(dāng)碰撞速度為718～1 236 m/s時(shí),活性破片碎片云內(nèi)蘊(yùn)含的化學(xué)能與動(dòng)能隨碰撞速度增加分別呈對(duì)數(shù)與指數(shù)型增長(zhǎng)規(guī)律,當(dāng)碰撞速度大于1 236 m/s時(shí),活性破片碎片云內(nèi)僅動(dòng)能以指數(shù)型增長(zhǎng)規(guī)律繼續(xù)增加。

圖8 活性破片碎片云總動(dòng)能和激活程度與碰撞速度關(guān)系

活性破片靶后碎片云作用靶板示意圖如圖9所示。碎片云對(duì)后靶毀傷模式主要呈現(xiàn)為中心貫穿模式與碎片撞擊模式。其中,圖9(a)為惰性碎片云作用靶板示意圖,惰性碎片云作用靶板僅受碎片云動(dòng)能侵徹影響,中心貫穿孔徑受碎片云碎片動(dòng)能影響,隨碎片飛散角增大,根據(jù)式(15),單位碎片的動(dòng)能減小,且碎片斜侵徹靶板所需的能量更多,因此逐漸無法貫穿靶板,僅形成較小的凹坑和侵孔等毀傷形貌;圖9(b)為活性碎片云作用靶板示意圖,活性碎片云作用靶板受碎片動(dòng)能侵徹及化學(xué)能釋放聯(lián)合作用,在惰性模式下的臨界貫穿位置處,活性碎片發(fā)生反應(yīng)釋放能量,使臨界貫穿孔徑增大。且活性碎片在侵徹過程中釋放能量,碎片動(dòng)能越大,侵徹能力越強(qiáng),反應(yīng)釋放化學(xué)能造成的擴(kuò)孔現(xiàn)象更明顯。

圖9 碎片云作用靶板示意圖

由圖9可知,活性碎片云作用靶板的動(dòng)能與化學(xué)能釋放量對(duì)其靶板毀傷效應(yīng)具有重要影響。因此,根據(jù)式(11)、式(14)、式(15)和式(19),得到碎片云在某一飛散角內(nèi)的單位碎片動(dòng)能與反應(yīng)質(zhì)量。其中,碎片云的單位碎片動(dòng)能分布Eei可以表示為

(20)

碎片云的單位碎片反應(yīng)質(zhì)量分布mai可以表示為

(21)

根據(jù)式(20)和式(21)得到不同碰撞速度下靶板貫穿孔徑位置處單位碎片動(dòng)能與反應(yīng)質(zhì)量如圖10 所示。由圖10可知,在碰撞速度為778 m/s條件下,貫穿孔位置處單位碎片動(dòng)能約為0.049 J,而由于該碰撞速度下激活程度較低,該位置處的碎片未發(fā)生反應(yīng),因此單位碎片反應(yīng)質(zhì)量為0 mg,這與表2中后靶上未反應(yīng)痕跡相一致。在碰撞速度1 017 m/s 條件下,貫穿孔位置處單位碎片動(dòng)能約為0.034 J,較碰撞速度778 m/s條件下低,但其單位破片反應(yīng)質(zhì)量為0.47 mg,在該位置處靶板受到動(dòng)能化學(xué)能耦合作用。在碰撞速度1 489 m/s條件下,貫穿孔位置處單位碎片動(dòng)能約為0.042 J,單位碎片反應(yīng)質(zhì)量為0.124 mg,在該條件下其單位碎片動(dòng)能較1 017 m/s條件下高,因此其貫穿靶板所需的單位碎片反應(yīng)質(zhì)量更少。

圖10 不同碰撞速度下后靶貫穿孔徑位置處單位碎片動(dòng)能與反應(yīng)質(zhì)量

4 結(jié)論

本文通過彈道槍實(shí)驗(yàn)對(duì)金屬基活性破片靶后碎片云成形與毀傷機(jī)理問題開展研究,獲得了靶后碎片云演化規(guī)律及碰撞速度對(duì)靶板毀傷效應(yīng)的影響規(guī)律。得出以下主要結(jié)論:

1) 揭示了金屬基活性破片對(duì)間隔靶毀傷機(jī)理,活性破片侵徹前靶主要通過破片動(dòng)能及反應(yīng)化學(xué)能耦合毀傷實(shí)現(xiàn)穿孔,穿孔隨碰撞速度增大呈先減小后增大趨勢(shì),后靶主要通過活性破片穿透前靶后形成的碎片云實(shí)施毀傷,毀傷模式主要呈現(xiàn)為中心貫穿模式與碎片撞擊模式,中心貫穿區(qū)域孔徑與碰撞速度呈正相關(guān)關(guān)系。

2) 分析了金屬基活性破片對(duì)間隔靶作用行為,獲得了激活程度隨碰撞速度變化規(guī)律,激活程度與碰撞速度呈正相關(guān)。

3) 建立了金屬基活性破片靶后碎片云成形理論模型,獲得了靶后碎片云演化規(guī)律,后靶貫穿區(qū)孔徑受碎片云動(dòng)能、反應(yīng)釋能量耦合作用,在臨界貫穿位置處,碎片反應(yīng)釋放能量與動(dòng)能呈負(fù)相關(guān)。