1.实验方法

活性侵彻弹丸内爆超压效应实验系统主要由加载系统、测速系统和超压测试系统三部分组成，实验原理如图3.34所示。活性侵彻弹丸加装弹托装入弹道枪，通过调整发射药量，控制弹丸发射速度范围为700～1 500 m/s。测速系统主要由网靶和计时仪组成，将区截测速靶网测定的弹丸飞行速度作为最终冲击速度。超压测试系统由超压测试容器和高速摄影系统组成，利用数据采集系统对超压测试容器中每个通道的超压时程信号进行记录，获得不同测试条件下密闭容器内超压时程曲线。同时，整个测试过程通过高速摄影系统记录。

图3.34　内爆超压效应实验原理

超压测试容器结构及实物如图3.35所示。容器总体呈圆柱形，内径和高度分别为260 mm和500 mm，容积为26.5 L。容器前端设置一定厚度迎弹铝靶，通过螺纹和密封垫圈密封固定。在容器上方等间距设置3个应变式压力传感器，并与测试系统连接，获得容器内压力时程曲线。

图3.35　超压测试容器结构及实物

2.典型内爆超压效应

不同冲击速度下，活性侵彻弹丸内爆效应如图3.36和图3.37所示。可以看出，弹丸作用过程主要分为动能侵彻和爆燃反应两个过程。高速和低速条件下，容器内部和外部均产生了剧烈火光，并在12 ms左右亮度达到最大，如图3.36（b）和图3.37（b）所示。另外还可看出，图3.36（b）中的火光明亮度与图3.37（b）中相比更高，表明撞击速度越高，活性材料反应越剧烈。当密闭容器内超压达到其峰值后，反应产生的爆燃气体产物从侵孔呈放射状快速喷出，再次在靶前形成火光，如图3.36（c）和图3.37（c）所示。反应结束后，反应产物从侵孔持续泄出，在靶前形成火球，并向外扩散，如图3.36（d）～（f）和图3.37（d）～（f）中，两种情况下，活性芯体材料反应均持续160 ms左右。

图3.36　高速条件下活性侵彻弹丸内爆效应

图3.37　低速条件下活性侵彻弹丸内爆效应

3.弹丸冲击速度影响(www.daowen.com)

实验所得典型超压时程曲线如图3.38所示。从图3.38中可以看出，超压变化可分为两个阶段，第一阶段为超压快速上升阶段，持续时间为10～25 ms，对应作用过程为活性材料在容器内发生的持续爆燃反应。第二阶段为超压缓慢下降阶段，持续时间为数毫秒，对应过程为容器与外界环境发生的持续热交换，主要表现形式为爆燃气体产物从侵孔的持续泄出。

经过对比可以发现，活性侵彻弹丸内爆超压曲线与传统高能爆炸炸药曲线间的差异主要在于各阶段的时间尺度，前者在每个阶段均有较长的持续时间，主要是由活性材料爆燃反应的非自持性和其自身反应速率较低造成的。而高能炸药的反应速率往往高于活性材料，因此其各阶段的持续时间更短。

图3.38　实验所得典型超压时程曲线

需要注意的是，在总压峰值附近，曲线发生了明显振荡，一方面，与活性材料反应密切相关，在强冲击载荷下，活性材料发生碎裂，其中粒径较小的碎片具有较高的比表面积，更迅速发生爆燃反应，数微秒延迟后，粒径较大的碎片才发生反应，相当于在容器内部发生了多重起爆，导致了超压信号的波动；另一方面，壁面测量通道处附近的压力受到了活性材料的爆燃气体产物、壳体碎片及冲击波反射等多种效应的影响，从而导致了超压信号的振荡。

S2传感器处测量所得超压时程曲线如图3.39所示，具体超压特性参量列于表3.9。可以看出，随着冲击速度的增加，超压峰值不断增加，当冲击速度为1 184 m/s时，超压峰值可达到0.297 MPa，输入容器内的冲量为27.83 MPa·ms。造成该结果的主要原因是，随着冲击速度增加，弹靶碰撞产生的冲击压力升高，导致更多活性材料被激活，释放更多化学能。随冲击速度进一步增加，活性材料将被完全激活，因此当超过某一极限速度后，超压峰值将趋于稳定。

图3.39　S2传感器处测量所得超压时程曲线

表3.9　超压特性参量

实验中，测压容器中的超压峰值与活性芯体的激活率密切相关。实际上，在弹靶碰撞过程中，首先在碰撞面处产生冲击波，分别传入靶板和弹丸。对于厚靶而言，弹丸内部压力分布不会受到靶板反射稀疏波的影响，其活性材料的激活率主要与传入弹丸内部的冲击波峰值有关。弹丸冲击速度越高，产生的冲击波峰值越大，从而活性材料的激活率越高。

而对于薄靶，弹丸内应力分布受靶板反射稀疏波显著影响。由于反射稀疏波速度较弹丸内部冲击波更高，当冲击波还未完全扫过整个芯体时，其压力即遭遇反射稀疏波卸载。在这种情况下，活性材料激活率将由冲击波在弹丸中传播的衰减效应和反射稀疏波的卸载作用共同决定。因此，往往存在一个临界靶厚，弹丸作用厚度大于该临界值的薄靶时，活性芯体激活程度由初始冲击波峰值决定。另外，还需要注意的是，随着靶板厚度增加，将有更多的活性材料爆燃能量损失于侵彻通道，在一定程度上导致靶后超压峰值降低。