1.侵彻体基本结构

惰性复合结构侵彻体可依靠弹丸与目标碰撞过程的动力学作用，实现对目标的穿甲和破片双重杀伤效应。典型惰性复合结构侵彻体结构主要由风帽、弹壳、弹芯、弹带和发射装药五部分组成，如图2.1所示。弹丸主要由两种不同材料组合而成，壳体为高密度材料，如钢、钨合金等，弹芯为尼龙、聚乙烯、铝等低密度材料。弹带主要为紫铜等材料，用于密闭火药气体，增加弹丸旋转，实现弹丸飞行稳定性。风帽主要由铝材料构成，以优化弹丸头部气动外形，减小飞行阻力。在尺寸上，可采用全口径或次口径设计，并可按比例缩放。

图2.1　典型惰性复合结构侵彻体结构

2.侵彻实验

美国圣路易斯实验室针对碰撞速度在900～3 000 m/s范围内的惰性复合结构侵彻体侵彻靶板问题开展了系统性实验研究。侵彻体主要由外壳、弹芯、尾部三部分组成，如图2.2所示。弹芯为圆柱体，材料为铝或聚乙烯，外壳为钨合金，靶板材料为铝合金或钢。具体实验中弹芯、壳体、侵彻体几何尺寸及材料参数分别列于表2.1和表2.2。

图2.2　惰性复合结构侵彻体

不同碰撞速度条件下，铝芯体和聚乙烯芯体惰性复合结构侵彻体侵彻8 mm厚铝靶板X光摄影分别如图2.3和图2.4所示。可以看出，在相同速度条件下，侵彻过程中侵彻体壳体膨胀、碎裂、飞散状态均不同。芯体材料为铝时，低速侵彻时，壳体膨胀后形成较大尺寸破片，剩余侵彻体较长；随侵彻速度上升至2 000 m/s以上，壳体膨胀形成大量小尺寸破片，侵彻体尾部断裂，剩余侵彻体显著减少。芯体材料为聚乙烯时，由于密度较低，冲击作用下膨胀更为显著，碰撞压力更低，轴向剩余速度较小；随侵彻速度升高，冲塞块反向压缩侵彻体，壳体完全碎裂，侵彻体尾部逐渐与弹体完全分离。

表2.1　侵彻体和靶板结构参数

表2.2　侵彻体及靶板材料参数

图2.3　铝芯体复合结构侵彻体侵彻8 mm厚铝靶板X光摄影

图2.4　聚乙烯芯体复合结构侵彻体侵彻8 mm厚铝靶板X光摄影

除芯体材料，靶板厚度也通过影响弹靶动力学响应，显著影响惰性复合结构侵彻体侵彻行为。铝芯体复合结构侵彻体侵彻3 mm厚铝靶板和钢靶板X光摄影分别如图2.5和图2.6所示，聚乙烯芯体复合结构侵彻体侵彻3 mm厚钢靶板X光摄影如图2.7所示。对比图2.3可以看出，碰撞速度和靶板厚度增加，均会导致壳体破片径向速度增大。需要特别说明的是，相同碰撞速度条件下，靶板厚度增加并不影响碰撞压力，但会影响弹丸内压力脉冲持续时间。靶板材料改变时，由于碰撞压力改变，靶后破片形状发生显著变化。(www.daowen.com)

图2.5　铝芯体复合结构侵彻体侵彻3 mm厚铝靶板X光摄影

图2.6　铝芯体复合结构侵彻体侵彻3 mm厚钢靶板X光摄影

图2.7　聚乙烯芯体复合结构侵彻体侵彻3 mm厚钢靶板X光摄影

上述侵彻实验结果表明，碰撞速度、芯体材料、靶板厚度及靶板材料对惰性芯体复合结构侵彻体侵彻行为影响显著。总体而言，碰撞速度增加，碰撞压力升高、压力作用时间减少，导致壳体产生更高径向速度；靶板厚度增加，压力作用时间增加，壳体膨胀破片径向速度增加。

3.作用机理

惰性复合结构侵彻体对目标侵彻毁伤机理以强度、密度等物理参量差异显著的芯体、壳体组合结构为基础。侵彻体外壳由钢、钨合金等高强度、高密度材料构成，芯体由密度、强度较低，侵彻性能较弱的塑料、铝等惰性材料构成。两种材料应用于同一侵彻体，击中目标后，壳体首先侵彻靶板，惰性芯体前进缓慢，被挤压在外壳与弹底之间，芯体中压力不断升高，导致壳体膨胀，同时产生径向作用力作用于壳体。侵彻过程中，壳体在径向上主要受到芯体膨胀压力和靶板约束力，可近似看作处于受力平衡状态。当侵彻体穿透靶板后，靶板约束力突然卸载，芯体应力释放，壳体在芯体径向力作用下碎裂成破片。因此，惰性复合结构侵彻体不仅具有较强穿甲能力，且具有良好横向杀伤效应。

基于以上分析，惰性复合结构侵彻体侵彻靶板过程可分为三个阶段，如图2.8所示。

图2.8　惰性复合结构侵彻体侵彻靶板行为

第一阶段，惰性复合结构侵彻体初始装甲阶段。此时惰性复合结构侵彻体可看作典型动能侵彻体，侵彻效应主要受侵彻体动能影响，靶板厚度影响较小。撞击产生的应力波从撞击面开始分别向靶板背面和侵彻体尾部传播，受撞击影响的区域限于弹靶接触区，弹靶大部分区域为无应力区。

第二阶段，稳定侵彻阶段。由于靶厚较弹长显著更小，撞击产生的应力波首先传播至靶板背面，反射后形成轴向稀疏波，向弹靶撞击面传播。由于稀疏波卸载作用，靶板内应力快速卸载。芯体侵彻能力较弱，被挤压在壳体与靶板之间，压力持续上升，壳体受挤压径向膨胀。靶板冲塞块一旦形成，则压力不再增加，侵彻体与冲塞块以相同速度运动，直至将冲塞块推离靶板。

第三阶段，复合结构侵彻体贯穿靶板。靶板对侵彻体约束力完全卸载，芯体材料径向应力释放，膨胀作用导致壳体失效破碎，形成大量具有一定径向速度的破片，进入靶板内部，对靶后目标产生杀伤效应。