活性脱壳穿甲弹撞击模拟战斗部毁伤效应计算模型如图4.21所示。计算中，活性脱壳穿甲弹采用活性芯体填充构型，计算模型主要由金属弹芯、活性芯体、双层间隔铝靶板、装甲钢防护靶板和装药组成，具体材料状态方程、强度模型等列于表4.5。在算法方面，除活性芯体采用SPH算法外，其余部分均采用Lagrange算法，并沿装药中轴线均匀设置若干径向观测点（＃1～＃7），记录并分析侵彻过程中压力等参量变化。活性脱壳穿甲弹初始速度v0为1 300 m/s，弹体直径与长度分别为11 mm和70 mm，其内外径比和长度比恒定为0.64和0.25，主要分析防护靶板厚度对弹丸毁伤效应的影响。

图4.21　活性脱壳穿甲弹撞击模拟战斗部毁伤效应计算模型

表4.5　材料模型与状态方程

为进行对比，首先对纯钨合金脱壳穿甲弹侵彻模拟战斗部作用过程进行计算，结果如图4.22所示，装药内部观测点所记录压力时程曲线如图4.23所示。可以看出，在1 300 m/s速度下，钨合金脱壳穿甲弹可贯穿厚度分别为10 mm、5 mm的双层间隔铝靶板，150 μs时刻，弹丸已基本贯穿装甲钢防护靶板。由于钨合金强度较高，200 μs时弹丸已完全贯穿三层防护靶板并侵入炸药内部，除弹丸锥形头部发生较为明显变形外，剩余圆柱部弹体仍保持完好。随弹丸继续运动，撞击作用产生的压力仅为数百兆帕，低于引爆炸药临界压力。230 μs时刻，弹丸即将贯穿炸药，但仅在炸药内部侵彻出一与弹径等大侵孔。

图4.22　纯钨合金脱壳穿甲弹侵彻战斗部作用过程

图4.23　装药内部观测点所记录压力时程曲线

10 mm厚装甲钢靶板防护下，活性脱壳穿甲弹正侵彻模拟战斗部毁伤效应如图4.24所示，炸药内部观测点压力时程曲线如图4.25所示。可以看出，在145 μs时刻，弹丸已贯穿厚度分别为10 mm、5 mm的双层间隔铝靶板，并开始侵彻装甲钢防护靶板。此时除弹丸头部发生一定墩粗变形外，其余部分尤其是活性芯体并未出现明显变形。随着侵彻过程的进行，活性芯体在冲击压力作用下逐渐激活。至205 μs时刻，弹丸整体已完全侵入炸药，且已达到反应弛豫时间，活性芯体开始发生爆燃反应，出现明显膨胀，钨合金壳体破裂。分析压力云图可知，此时芯体周围炸药已经在爆燃压力作用下被引爆，产生向未反应炸药中传播的爆轰波。210 μs时刻，爆轰波传播扩展导致炸药被完全引爆，且此时弹体在高达数十吉帕的爆轰压力作用下发生向内挤压变形。此外，炸药爆轰产物开始向外飞散，防护靶板发生明显向外凸起变形。压力时程曲线表明，随着装药内爆轰波逐渐传播扩展，压力逐渐由初始引爆时刻的26 GPa逐渐上升稳定至超过40 GPa，即形成稳定爆轰，这也表明装药此时被成功引爆。

图4.24　装甲靶板厚10 mm时活性脱壳穿甲弹侵彻作用过程

图4.25　装药内部观测点压力时程曲线

装甲钢防护靶板厚度增加至20 mm后，活性脱壳穿甲弹正侵彻模拟战斗部毁伤效应如图4.26所示，装药内观测点所记录压力时程曲线如图4.27所示。可以看出，随着装甲钢防护靶板厚度增加，活性脱壳穿甲弹对模拟战斗部毁伤效应显著下降。由于装甲钢防护靶板厚度增加，弹丸在165 μs时刻仍未穿透靶板，弹丸头部墩粗变形明显，且出现了一定分叉现象。至205 μs时刻，活性芯体随之发生爆燃反应，但此时弹丸仍未完全侵入炸药内部，导致相当一部分活性芯体爆燃膨胀受到装甲钢靶板的阻碍约束。从压力云图可以看出，205 μs时刻活性材料爆燃压力传入炸药内部，但此时压力仅为2 GPa左右，不足以使波后炸药发生爆轰。随着芯体爆燃反应的进行，爆燃压力逐渐下降，炸药最终未能被成功引爆。至240 μs时刻，炸药仅在撞击和爆燃压力作用下发生一定的膨胀变形，但装药内压力始终较低，并未出现爆轰现象。(www.daowen.com)

图4.26　装甲靶板厚20 mm时活性脱壳穿甲弹侵彻作用过程

图4.27　装药内观测点所记录压力时程曲线

当装甲钢防护靶板厚度进一步增加至30 mm后，活性脱壳穿甲弹侵彻模拟战斗部毁伤效应如图4.28所示，装药内各观测点所记录压力时程曲线如图4.29所示。可以看出，受防护靶板厚度进一步增加影响，弹丸于185 μs时刻仍未穿透靶板，弹丸变形严重，活性芯体前端钨合金弹体在侵彻中消耗显著。而当活性材料反应弛豫时间过后开始反应时，大部分活性芯体仍位于装甲钢靶板侵孔中，即尚未侵入炸药中。此时爆燃压力受装甲钢靶板约束极为严重，大量爆燃压力耗散于装甲钢靶板中。从压力时程曲线可以看出，装药内观测点处压力水平仅为1 GPa左右，表明传入炸药中的能量极为有限。此外，爆燃产物的飞散也因受到两侧装甲钢靶板的约束而难以向四周扩散，呈现出与撞击厚结构靶时类似的轴向飞散现象。至290 μs，弹丸即将贯穿整体炸药，但只在装药中侵彻出一直径稍大于弹径的侵孔，装药始终未被引爆。

图4.28　装甲靶板厚30 mm时活性脱壳穿甲弹侵彻作用过程

图4.29　装药内各观测点处压力时程曲线

以上分析表明，装甲钢防护靶板厚度对活性脱壳穿甲弹侵彻模拟战斗部毁伤效应影响显著，随着装甲钢防护靶板厚度增加，毁伤效应不断减弱。从机理上分析，一方面，随着装甲钢靶板厚度增加，弹丸贯穿靶板后剩余速度减小。模拟结果表明，随着装甲钢靶板厚度从10 mm增加至30 mm，弹丸贯穿装甲靶后剩余速度从1 240 m/s降至970 m/s，降低20％以上，对应剩余动能降低39％，因此弹丸向炸药传递的动能显著减小。另一方面，由于侵彻防护靶板所需时间增加，活性芯体爆燃初始位置不断远离炸药，从而引发弹丸穿甲与后效之间的匹配失衡，这也是导致活性脱壳穿甲弹毁伤效应减弱的主要原因。

在弹丸初始撞击速度相同的条件下，同样配比的活性芯体在弹靶碰撞过程中的激活时间与所需反应弛豫时间基本一致，这也意味着芯体发生爆燃的时刻基本相同。但弹丸贯穿不同厚度装甲钢防护靶板后剩余速度差异显著，导致活性芯体发生爆燃时的初始位置不断靠近装甲钢靶板，从而给活性材料爆燃超压场的传播以及爆燃气体产物的飞散带来极大障碍。初始爆燃位置越靠近装甲钢靶板，爆燃压力场在靶板中传播时耗散就越显著，爆燃气体产物的飞散也将从周向膨胀逐渐转为沿侵孔轴向飞散。而爆燃超压与气体产物均是实现对战斗部引爆增强的关键性因素，装甲钢靶板厚度的增加同时削弱了两者的增强效应，导致活性材料优势难以体现。因此，在进行活性脱壳穿甲弹设计时，需充分考虑弹丸穿甲性能与爆燃后效之间的匹配特性，避免出现弹丸穿甲性能不足芯体外爆，或者弹丸穿甲性能过强但后效不足等问题。

但需特别注意的是，与惰性钨合金脱壳穿甲弹相比，活性脱壳穿甲弹在增强对战斗部的引爆毁伤效应方面具有不可比拟的优势。同等撞击速度下，惰性钨合金脱壳穿甲弹动能要大于活性脱壳穿甲弹，但得益于活性芯体后置设计，在防护靶板厚度不足以使芯体在侵彻中发生侵蚀的情况下，两种弹丸贯穿靶板后的剩余速度基本相同。模拟结果表明，当装甲钢靶板厚度为10 mm时，惰性与活性脱壳穿甲弹均在约155 μs时刻贯穿装甲钢靶板，且两种弹丸剩余速度分别为1 245 m/s和1 240 m/s。这表明在一定的战斗部结构防护强度下，活性脱壳穿甲弹仍具有类惰性重金属脱壳穿甲弹的强穿甲能力。而当弹丸成功侵入炸药内部后，惰性脱壳穿甲弹只能继续依靠自身动能进行侵彻，将导致输入炸药的能量不足，从而难以实现对战斗部装药的有效引爆，造成“穿而不爆”。相反地，活性脱壳穿甲弹中装填的活性材料芯体随剩余弹丸一起侵入炸药同时发生剧烈爆燃，释放大量化学能，形成局部爆燃超压场，从而在极短的时间内提高对与其紧密接触的炸药部分的能量输入速率，极大提高了装药内部压力，有利于炸药内部微缺陷如孔洞、裂纹等的热点成核，并最终发展为稳定爆轰。