1.实验原理

活性侵彻弹丸结构毁伤增强效应实验原理如图3.40所示。活性侵彻弹丸通过火炮发射，如图3.41（a）所示。多层间隔靶由一块迎弹钢靶和5块LY12铝靶组成。迎弹钢靶厚度分别为10 mm、20 mm和30 mm，5块间隔铝靶厚度均为3 mm，长、宽分别为1 000 mm和1 200 mm。迎弹钢靶与第一块铝靶的间距为600 mm，各层铝靶间距为300 mm。活性侵彻弹丸着靶速度控制在1 100 m/s左右，并由设置于迎弹钢靶前1 m位置的测速仪测定。冷压/烧结工艺制备所得活性芯体样品及活性侵彻弹丸实物分别如图3.42和图3.43所示。

图3.40　活性侵彻弹丸结构毁伤增强效应实验原理

图3.41　发射火炮及结构靶

图3.42　活性芯体样品

图3.43　活性侵彻弹丸实验样弹

2.侵彻弹丸冲击响应

1 100 m/s撞击速度条件下，活性侵彻弹丸穿透不同厚度迎弹钢靶后作用多层间隔靶过程如图3.44所示。可以看出，活性侵彻弹丸的响应显著受迎弹钢靶厚度影响。弹靶碰撞瞬间，活性材料芯体在强冲击载荷下被激活，在碰靶0.5 ms后，弹丸完全贯穿迎弹钢靶。对比三种不同厚度迎弹钢靶条件下，同一时刻响应行为，反应火光表征了活性材料激活率差异。随着迎弹钢靶厚度增加，芯体激活率不断增加，爆燃火焰更加剧烈，且扩展范围更广。

图3.44　活性侵彻弹丸作用金属结构靶过程

着靶后70 ms时，弹丸贯穿多层间隔铝靶，并持续释放化学能。然而，对于不同厚度的迎弹钢靶，这一阶段的火焰特性仍然不同。穿透10 mm迎弹钢靶后，弹丸整体具备较高的轴向剩余速度，火焰在轴向（垂直于靶板的方向）扩展距离较大。相比而言，贯穿20 mm迎弹钢靶后，由于弹丸轴向剩余速度较低，火焰轴向扩展距离也相对较短。在碰撞迎弹钢靶186 ms后，可以较清楚地观察到间隔靶间的火焰特性。从图3.44（a）可以看出，火焰主要分布于间隔靶中间，尤其在第一块至第四块铝靶之间，即距离迎弹钢靶最近的4块铝靶。因此，以上4块铝靶毁伤较为严重。对于20 mm和30 mm厚度钢靶，火焰则主要分布在接近第一块铝靶的位置，表明活性材料的反应主要发生于贯穿迎弹钢靶后，同时导致第一块铝靶毁伤最严重。对比不同厚度迎弹钢靶条件下，活性材料爆燃反应熄灭时刻，对于10 mm迎弹钢靶，火焰持续时间最长，达到651 ms。随着钢靶厚度增加，火焰持续时间减小。原因在于，对于更厚的迎弹钢靶，碰靶后活性芯体碎裂更为严重，活性材料碎片尺寸也更小，尺寸更小的活性材料碎片被激活并爆燃时，能够更加快速释放化学能，导致反应在更短时间内完成。

3.结构靶毁伤增强效应(www.daowen.com)

活性侵彻弹丸对不同厚度迎弹钢靶毁伤效应如图3.45所示。从图3.45中可以看出，迎弹钢靶厚度为10 mm或20 mm时，钢靶毁伤呈现为典型冲塞破坏。当迎弹钢靶厚度增加到30 mm，毁伤模式呈现出部分延性扩孔的特点。需要注意的是，由于碰撞产生的钢靶冲塞块具备足够的动能，随后将穿透5块间隔铝靶。钢靶冲塞块的尺寸接近钢靶上穿孔尺寸，但远小于铝靶上的爆裂穿孔尺寸。因此，最终在铝靶上观察到的爆裂穿孔并不完全由塞块造成，而主要由剩余侵彻体产生的动能穿孔和剩余活性芯体碰靶产生的化学能联合作用形成。

图3.45　活性侵彻弹丸对不同厚度迎弹钢靶毁伤效应

图3.46　多层间隔金属铝靶毁伤效应

多层间隔金属铝靶毁伤效应如图3.46所示，各块铝靶主爆裂穿孔直径列于表3.10。从图3.46中可以看出，间隔铝靶毁伤效应显著受到迎弹钢靶厚度影响，迎弹钢靶厚度为10 mm时，活性材料芯体在作用每层铝靶时，均有芯体发生爆燃和化学能释放，因此在各层铝靶上均产生了动能与爆炸化学能联合作用，最终在前四块间隔铝靶上造成爆裂毁伤。然而，迎弹钢靶厚20 mm和30 mm时，显著的化学能释放现象仅可在作用第一块铝靶时观察到，动能与化学能联合效应在剩余侵彻体碰撞第二块铝靶时呈现出明显减弱。

表3.10　结构靶主爆裂穿孔直径

从表3.10中可以看出，间隔铝靶上主爆裂穿孔直径受迎弹钢靶厚度显著影响。迎弹钢靶厚度为10 mm时，5块铝靶上的主爆裂穿孔直径先增加后减小。然而，对于20 mm和30 mm迎弹钢靶，5块间隔铝靶主爆裂穿孔直径从第2块开始显著减小，两种钢靶厚度条件下，第1块铝靶上主爆裂穿孔均最大。此外，随着迎弹钢靶厚度从10 mm增加到30 mm，第1块铝靶的主爆裂穿孔直径从ϕ224 mm（6.4倍弹径）增加到ϕ284 mm（8.1倍弹径）。其他铝靶的毁伤效应显著下降，迎弹钢靶厚度10 mm时，靠近钢靶的4块铝靶均产生显著破坏（大于6.4倍弹径），而对于20 mm和30 mm厚度迎弹钢靶，除了第1块铝靶，其余4块铝靶的主爆裂穿孔直径均小于6.4倍弹径。

实验中，多层间隔铝靶毁伤效应及变化特征均和活性侵彻弹丸的动能与爆炸化学能联合毁伤作用密不可分。通常来讲，在碰撞迎弹钢靶时，活性芯体和壳体都会被压缩且产生径向膨胀。由于活性芯体的泊松比大于壳体，会产生径向应力，进而导致壳体产生碎裂并径向加速。强冲击载荷作用下，活性材料被激活并快速释放大量化学能，在短时间及很小尺度的局部空间内产生显著爆燃压力。在爆燃压力作用下，碎裂的壳体进一步加速。最终，由碰撞压力和爆燃超压形成的产生径向膨胀的剩余侵彻体，会对迎弹钢靶后的多层间隔铝靶产生巨大结构毁伤。同时，剩余侵彻体在碰撞每块铝靶时，类似的动能与爆炸化学能联合作用仍会导致壳体径向膨胀及飞散进一步增加。

对迎弹钢靶厚度10 mm时而言，5块间隔铝靶上的主爆裂穿孔尺寸先增大后减小，最大的主穿孔出现在1-4＃铝靶。主要原因在于，碰撞1-4＃铝靶前，剩余侵彻体壳体不断径向膨胀，靶板毁伤面积不断增加；而碰撞1-4＃铝靶后，大部分壳体断裂，因此第5块铝靶的毁伤面积显著下降。从图3.46（b）中可以看出，当迎弹钢靶厚度增加到20 mm时，对比钢靶厚度10 mm，第1块铝靶主爆裂穿孔尺寸增加，但剩余铝靶的间隔毁伤显著减弱。这是因为，当碰撞更厚的迎弹钢靶时，更多的活性材料芯体被激活起爆（相比于1-1＃铝靶，在2-1＃铝靶上可以观察到更大范围的黑色反应痕迹），从而增加了壳体的径向膨胀及其作用产生的毁伤面积。同时，从图3.46（b）可以看出，在第二发试验的5块铝靶中，2-1＃铝靶的主爆裂穿孔尺寸最大。主要原因在于，活性侵彻弹丸穿透较厚迎弹钢靶后，剩余侵彻体壳体获得更高的径向膨胀速度和更大的径向膨胀角度，因此在碰撞第1块铝靶时也更容易发生断裂。所以，在后4块铝靶上只产生较小的动能穿孔，主要由壳体断裂后的剩余侵彻体碰撞产生。

从图3.46（c）中可以看出，当迎弹钢靶厚度为30 mm时，多层间隔铝靶的毁伤效应呈现出与20 mm钢靶后效毁伤相似的规律。对于第三发试验，3-1＃铝靶上的主爆裂穿孔仍是5块铝靶上最大的，表明剩余侵彻体在碰撞3-1＃铝靶时发生了显著断裂。主要原因在于，更厚的迎弹钢靶，提高了壳体的径向膨胀应变率，在迎弹钢靶后产生了更多的壳体碎片，且壳体碎片平均尺寸更小。在每次碰撞靶板过程中，活性芯体都会被部分激活并释放化学能，直到活性材料全部反应或碰撞压力低于材料的临界起爆压力。

总而言之，活性侵彻弹丸这种作用间隔铝靶能量多次分域释放显著取决于迎弹钢靶厚度，且导致了多层铝靶上显著不同的毁伤效应。穿透不同厚度迎弹钢靶后，活性材料激活响应状态不同，剩余侵彻体径向膨胀程度不同，同时，壳体径向膨胀不同，最终导致了多层铝靶爆裂毁伤效应的显著差异。