活性脱壳穿甲弹结构毁伤增强效应数值模拟计算模型如图4.11所示。模拟中，活性脱壳穿甲弹采用活性芯体填充方式，仿真计算模型主要由金属弹芯、活性芯体、金属靶三部分组成。其中，金属弹芯采用钨合金材料，活性芯体采用氟聚物基活性材料，结构靶采用装甲钢材料。算法方面，除活性芯体采用SPH算法外，其余部分均采用Lagrange算法，沿轴线分别在弹丸及靶板中均匀设置若干观测点，记录侵彻过程中不同物理参量变化时程特征。

图4.11　活性脱壳穿甲弹结构毁伤增强效应数值模拟计算模型

计算中所采用的材料状态方程、强度模型等列于表4.3。除活性材料状态方程采用与侵爆相关的Powder Burn模型加以描述外，其余部件均采用Shock状态方程加以描述。活性脱壳穿甲弹初始速度取为1 300 m/s，弹体直径与长度分别为11 mm和70 mm，此外，将活性芯体直径、长度与弹体直径、长度之比定义为内外径比和长度比。分别对不同内外径比和长度比的活性脱壳穿甲弹撞击结构靶作用过程进行模拟，主要对活性芯体直径和长度对弹丸毁伤效应的影响进行分析，重点关注穿甲能力与穿靶后效之间的匹配性。

表4.3　材料模型与状态方程

未填充活性芯体的纯钨合金脱壳穿甲弹侵彻结构靶作用过程如图4.12所示。从图4.12中可以看出，在钨合金弹体高速撞击下，120 μs时结构靶即被贯穿，钨合金弹体在侵彻过程中不断消耗，锥形头部发生镦粗变形，同时，装甲钢靶板材料在弹丸侵彻作用下沿径向流动，形成直径稍大于弹径的侵彻通道。150 μs时刻，弹丸穿出靶板并继续高速运动，剩余速度为648 m/s。此时，除剩余侵彻体以及靶板冲塞块外，靶后碎片不显著，毁伤后效有限。

图4.12　未填充活性芯体的纯钨合金脱壳穿甲弹侵彻结构靶作用过程

填充不同长度活性芯体的活性脱壳穿甲弹侵彻结构靶作用过程及靶板毁伤参数分别如图4.13和图4.14所示。可以看出，活性芯体直径恒定的情况下，芯体长度对毁伤效果影响显著。随芯体长度增加，弹丸穿甲能力减弱，当芯体长度为20 mm时，弹丸则无法贯穿结构靶。随芯体长度从10 mm增加至20 mm，弹丸剩余速度从520 m/s降至0 m/s。此外，由于低密度活性芯体的存在，弹丸在侵彻过程中的消耗显著大于钨合金脱壳穿甲弹，活性芯体也在侵彻过程中发生显著镦粗变形。但与之相反的是，弹丸后效毁伤威力随芯体长度增加显著提升。当芯体长度为10 mm时，穿靶后活性材料未能在膨胀作用下将钨合金壳体撑裂，仅造成剩余侵彻体膨胀。随着活性芯体长度增加至17.5 mm，在靶后参与反应的活性材料质量增加，此时活性材料均成功在靶后将钨合金壳体撑裂，大量粒子周向飞散，形成大范围粒子作用场。但当芯体长度进一步增加至20 mm时，由于未能成功贯穿结构靶，活性材料仅在侵彻通道内发生爆燃。仿真计算结果表明，活性芯体有利于脱壳穿甲弹在靶后形成二次破片提升后效毁伤，但需兼顾穿甲能力，使其与爆燃效应产生的后效毁伤相匹配。

除芯体长度外，芯体直径同样对毁伤行为有显著影响，仿真计算结果如图4.15所示。可以看出，在活性芯体长度恒定时，随芯体直径增加，弹丸穿甲能力减弱，当芯体直径为9 mm时，弹丸无法贯穿结构靶。随芯体直径从5 mm增加至9 mm，弹丸剩余速度逐渐从465 m/s降至0 m/s。此外，活性芯体在侵彻过程中的墩粗变形程度也随芯体直径的增加而更加显著，在150 μs时刻，芯体直径为9 mm的弹丸已有部分活性材料被挤出钨合金壳体并向后飞散。(www.daowen.com)

图4.13　芯体长度对活性脱壳穿甲弹侵彻结构靶影响

图4.14　芯体长度对活性脱壳穿甲弹毁伤效应影响

图4.15　芯体直径对活性脱壳穿甲弹侵彻结构靶影响

与此相反，弹丸后效威力随芯体直径增加有着显著提升，不同直径活性芯体的活性脱壳穿甲弹毁伤参数如图4.16所示。随芯体从5 mm增加至7 mm，同一时刻，弹丸靶后爆燃所形成的粒子数显著增加，表明其后效作用场范围逐渐增加。此外，由于芯体周围的钨合金壳体厚度随芯体直径增加逐渐减小，靶后剩余侵彻体更易发生破裂变形，从而有更多的活性材料粒子可以沿径向飞散，显著增大了后效毁伤作用区域。当芯体直径进一步增加至8 mm时，弹丸未能在动能作用下贯穿结构靶，虽然活性芯体爆燃后成功形成冲塞块，但仍有大量活性材料留在侵彻通道内发生反应，对弹丸后效威力提升有限。而当芯体直径继续增加至9 mm时，弹丸在动能与化学能联合作用下也未能成功贯穿结构靶，活性材料粒子仅沿侵彻通道反向高速喷出。

图4.16　芯体直径对活性脱壳穿甲弹毁伤效应影响

以上分析表明，采用填充活性材料芯体方式进行活性脱壳穿甲弹设计时，活性芯体长度和直径均对弹丸整体的穿甲性能与后效毁伤威力有显著影响。当二者均选取合理时，可有效耦合活性脱壳穿甲弹中重金属弹芯强穿甲能力与活性芯体强后效威力，充分发挥其“先穿后爆”的动能与化学能联合毁伤优势，实现对目标的高效毁伤效应。因此，活性芯体长度与直径应在设计时予以充分考虑，实现活性脱壳穿甲弹动能侵彻和爆炸毁伤后效的最佳匹配。