传统半穿甲战斗部为有效毁伤轻型装甲目标提供了有效手段,但总体来看,由于引信的存在,增加了战斗部的设计复杂性和工作可靠性,且此类战斗部对弹靶作用条件要求苛刻。活性毁伤增强半穿甲战斗部在传统横向效应增强战斗部的基础上,通过活性毁伤材料全部或部分替换传统惰性芯体,依靠活性毁伤材料冲击激活非自持反应特性,为高效打击轻型装甲目标开辟了新途径。
忽略弹带、风帽等部件后,活性毁伤增强半穿甲战斗部作用目标过程如图3.9所示。首先弹体依靠动能对目标进行侵彻,在碰撞应力作用下,高密度壳体与低密度活性芯体发生不同程度变形膨胀,活性芯体被封闭于战斗部壳体与靶板之间。在强冲击波作用下,弹体前端部分活性材料发生初始激活点火。数微秒后,弹体贯穿靶板,壳体及活性芯体膨胀碎裂,大量活性材料发生爆燃反应,迅速释放大量高温高压气体,在靶后产生高速碎片-超压耦合杀伤场,对靶后有生力量、技术装备、控制系统造成高效后效毁伤。
图3.9 活性毁伤增强半穿甲战斗部作用目标过程
为实现活性毁伤增强半穿甲战斗部基于动能/爆炸化学能时序联合作用机理,并对目标产生结构爆裂毁伤,设计中,对活性半穿甲战斗部整体结构提出了一定要求。以小口径活性毁伤增强侵彻弹为例,主要由高强度壳体、活性材料芯体、重金属侵彻增强块、风帽等构成,如图3.10所示。
图3.10 典型小口径活性毁伤增强侵彻弹
活性毁伤增强半穿甲战斗部主要用于打击导弹、武装直升机、作战飞机、轻装甲车辆等,发挥其侵爆联合高效毁伤威力的关键,一方面,要求活性毁伤增强半穿甲战斗部具有足够的速度、结构强度和良好的侵彻能力,以实现对轻中型装甲和导弹战斗部壳体的有效贯穿;另一方面,要求活性芯体具有较高的反应率,以实现进入装甲目标或战斗部内部后产生更高效的爆炸毁伤。因此在战斗部结构设计时要综合考虑壳体、活性材料芯体和侵彻增强结构三者之间的匹配关系,主要涉及活性毁伤材料芯体设计和战斗部结构设计。(www.daowen.com)
在活性毁伤材料芯体设计方面,需在弹体贯穿靶板后,芯体材料激活爆炸释能,产生侵彻扩孔、高温高压及纵火引燃等毁伤效应,实现侵爆联合高效毁伤效应。这就要求活性毁伤芯体材料具有高能量密度、合适的冲击激活阈值及高释能效率等特性。尤其是在弹体侵彻靶板过程中,碰撞载荷沿芯体轴线方向衰减,因此还需结合碰撞载荷特性对芯体材料激活阈值进行梯度化设计。
在战斗部结构设计方面,主要包括壳体、侵彻增强块、活性芯体等结构设计。从结构功能角度看,壳体、侵彻增强块等结构均是为了提高弹体侵彻能力。但壳体过厚、侵彻增强块过长,均会由于对活性芯体的防护过强而导致芯体爆燃反应率降低而影响毁伤后效;壳体过薄、侵彻增强块过短,则会导致弹体侵彻能力下降,后效毁伤弱。以壳体厚度为例,不同壳体厚度时侵彻靶板后弹体结构响应状态如图3.11所示。可以看出,壳体过厚时,壳体与芯体碎裂程度过低,不利于活性芯体爆燃反应,如图3.11(a)所示。若壳体过薄,壳体与芯体破碎程度过高,弹体侵彻能力弱,靶板较厚时,弹体将无法贯穿目标,芯体将在穿靶前反应,后效毁伤威力差,如图3.11(b)所示。因此,往往存在一个最佳壳体厚度,使得战斗部具有良好的侵彻、膨胀碎裂和释能特性。
图3.11 不同壳体厚度时侵彻靶板后弹体结构响应状态
图3.11 不同壳体厚度时侵彻靶板后弹体结构响应状态(续)
类似地,对侵彻增强块和活性芯体,也存在最佳结构设计参数,使战斗部具有最佳侵爆联合毁伤能力。因此,合理的结构设计是发挥活性毁伤增强半穿甲战斗部侵爆联合毁伤优势的关键。一般而言,可首先通过理论计算和数值模拟得到各结构匹配关系与参数范围,随后可通过试验得到各结构最佳匹配条件并进行验证,实现对活性毁伤增强半穿甲战斗部结构的优化设计。
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