穿甲弹丸
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国产三期弹说明书
我国1期125毫米穿甲弹的自用版水平大概在2公里500毫米垂直半无限靶左右,出口版水平大概在2公里450毫米垂直半无限靶左右。
我国125毫米滑膛炮坦克炮从使用之初到如今,已经走过了30年左右的时间,在这期间,相配套的125毫米穿甲弹大体上也经历3次的提升与变化,即网传所谓的1期弹、2期弹,3期弹、其中1期弹、2期弹的各种数据和性能已经不用在多做过多的探讨,毕竟这两玩意都曾经作为国产主力出口弹药出口到例如邻国巴基斯坦等国,其大体性能早已遍布网络。
而对于所谓3期弹,由于在前几年一直都未曾公开,因此关于其性能一直以来都是各种网上的猜测,其真实性也一直未曾得到真正的证实,甚至还传出了所谓3期弹是根本不存在的说法。
早年,我国125毫米2期弹的出口型号,其斜靶穿深为2公里220毫米/66.4度,垂直半无限靶的穿透深度大概为同等距离550毫米,而其自用版的穿深为同等距离的垂直半无限靶约600毫米。
3期125毫米穿甲弹于2010年左右开始批量装备我军装甲部队,其与旁边2期125毫米穿甲弹的对比区别也比较明显,外型上最大的变化就是取消了2期的风帽,且弹托外形稍有改变,但飞行体长度增加有限,根据目前一些透露出来的消息,其飞行体长度大概在705毫米左右,初速大概为≥1800M/S。
【词汇】============NA TO,北大西洋公约组织,简称“北约”,是地球上现存的最大的多国联盟军事集团组织。
AP,Armor Piercing,穿甲弹。
配有钢心的弹头,以动能击穿装甲。
APS是Armor-Piercing Shell 的缩写,即穿甲弹头;FMJ,Full metal jacket,即全金属被甲弹头,弹头装配后,被甲将弹心完全包住的弹头,但允许弹头底部被甲不完全包住弹心;全金属铜头弹,铜皮弹,完全以铜皮包裹弹头前端的设计。
因国际海牙公约的限制,军事上多用此种弹头。
穿透性强,简写为FMJ。
HP,Hollow point,空头弹。
包裹铜皮或不包裹铜皮,其弹头中空,目的在于使弹头击中目标后扩张,增加杀伤力。
杀伤力可比拟更大口径的弹头,同时避免穿透目标。
简写为JHP或HP。
JHP,Jacket Hollow Point,半包裹铜皮的空头弹,目的在于使弹头击中目标后扩张,增加杀伤力。
杀伤力可比拟更大口径的弹头,同时避免穿透目标,简写为JHP。
SP,Soft point,软头弹,铜皮只包裹弹头的基部,前端露出铅头,其目的在于促成弹头在击中目标后得以扩张,以加强杀伤力,效果不如空头弹。
简写为JSP或SP。
JSP,Jacket Soft Point,半包裹铜皮的软头弹。
目的在于使弹头击中目标后扩张,增加杀伤力。
杀伤力可比拟更大口径的弹头,同时避免穿透目标,其效果没有JHP好。
简写为JSP。
RN,Round Nose,圆头弹。
源自最初的子弹为圆球,虽然穿透空气的能力不佳,但是有上弹容易,重量大等好处,在较近距离射击的用途上,仍然十分受欢迎,简写为RN。
WC,Wadcutter,一种圆柱形平头弹,多为铅弹,主要用于射击竞赛,因为可以产生一十分清晰的圆形弹洞,简写为WC。
SWC,Semiwadcutter,一种圆锥状平头弹,设计目的也是在标靶上切出一个完整的圆洞,有的空头弹也采用此设计。
简写为SWC。
金属射流穿甲弹原理
金属射流穿甲弹的原理是利用高速金属射流对装甲进行瞬时削弱,使
弹头能够顺利穿透装甲。
具体说,当金属射流穿过弹头内的爆炸装置时,
爆炸装置中的高能物质被点燃发生爆炸,产生高温高压的气体和金属颗粒。
由于气体和金属颗粒的速度极快,能够将弹头前方的装甲表面瞬间加热至
数千度,造成表面膨胀和破裂,形成一个微小的孔洞。
此时,金属射流继
续穿过孔洞,击打装甲内部,形成进一步的破坏。
最终,弹头成功穿透了
装甲。
金属射流穿甲弹的穿甲效果与金属射流的速度和弹头材料有关。
一般
来说,速度越快、弹头材料越硬,穿甲效果越好。
因此,金属射流穿甲弹
通常采用高速爆炸物质和坚硬的材料制造。
穿甲破盾之王——贫铀弹的真面目(下)本文紧接上文有兴趣的朋友可以去看一下当铀穿甲弹、破甲弹击中目标时,除产生大量弹片和碎屑散布在目标附近外,由于钠的燃烧特性还产生大量钠氧化物以烟和尘状态附着在靶上和沉降在地面上。
这类具有放射性的产物可被人工探测到,以洗消的办法清除。
当铀弹未击中目标时发生的跳弹或飞弹是比较难探测的。
美军30毫米航炮发射的铀穿甲弹,每秒钟射出或回落至地面16-20千克铀合金,而且呈大面积散布,相当一部分炮弹还将射入地面以下,给战场清理造成很大困难。
在这种情况下,除进行人工探测和洗消外,需要以探测车进行大面积探测和清扫。
坦克炮发射的铀穿甲弹中靶时往往断裂成较多碎块,四处飞散,散布面积也很大;当脱靶时,如果火炮处于最大射程角附近,由于轴弹的截面密度高和迎风面积小(风阻小),弹体可能飞行几十千米以远才落地,而且这种炮弹钻入地面以下的可能性很大,这都给探测和清理战场造成更大的困难。
怎样探测和处理地表面以下的弹片和脱靶后的飞弹(包括跳弹)需要深入研究。
尽管被铀弹污染地区的辐射强度不高,不会马上危害人高,但对探测不到的残留物,如数量较多,经过若干时日后,仍然有可能污染食物链和这用水链,成为危害人畜健康的隐患。
这也需要深入研究。
西方媒体曾将“海湾战争综合症”归咎于铀穿甲弹,恐怕是有些以讹传讯。
“海湾战争综合症”如果存在的话,所报道的症较也不像贫钠的远期辐射反应,应从其它生化武器方面追寻致病原因。
铀弹研制过程中的射击试验必需在密闭的靶位内进行,以易于定期洗消。
英国进行铺弹射击试验时,将弹靶没在近海中,弹片或脱靶的弹将落入海底淤泥中,以免污染环境。
关于贫铀的资源问题:生产核武器及核燃料的国家均有大量积存的贫铀。
20世纪70年代中期美国的贫铀库存已达258000吨,至今世界上贫铀存量估计早已超过50万吨。
美国在的80年代公开研究铀穿甲弹时,自称利用库存的廉价贫轴。
当然其它拥有丰富贫钠资源的国家也在进行着铀弹和铀装甲的研究与发展。
M829A4穿甲弹的来龙去脉作者:漠北来源:《坦克装甲车辆》 2020年第23期漠北随着M1A2C/D主战坦克的陆续交付,美国重型装甲部队的面貌正在进行着显著的革新。
不过,M1A2C/D带给美国重型装甲部队的变化或许是直观的,但也有一些不那么容易被察觉的变化在悄然发生——最新型M829A4贫轴弹芯尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS)的批量列装便是如此。
在很多业内人士看来,高性能坦克炮穿甲弹技术的不断迭代,在很大程度上比坦克平台的升级换代,更能揭示美军高强度地面战能力的深层本质。
尾翼稳定脱壳穿甲弹的缩写为APFSDS,实际上是Armor Piercing 穿甲,Fin Stabilized翼稳, Discarding Sabot脱壳,这几个单词的首字母。
APFSDS的前身是法国军工系统在二战前开发的APDS次口径脱壳穿甲弹,与现代的APFSDS主要区别是没有翼稳设计。
遗憾的是,随后开打的法国战役中,法国的百万军队只抵抗了6周便被击跨,负责APDS项目的法国技术人员只得逃往英国继续他们的研究,直到1944年年初才开始量产,主要配给英国皇家兵工厂的QF-17磅坦克炮/反坦克炮使用。
配用APDS弹药的QF-17磅炮很快在“萤火虫”坦克上大放异彩,大杀四方。
由于“萤火虫”在战场上的示范效应,APDS在二战期间流行的多种穿甲弹设计中脱颖而出,在战后逐步将其他类型的穿甲弹淘汰掉的同时,自身也在进化。
战后,坦克炮直射距离变长,用线膛坦克炮发射长杆状的APDS次口径弹自旋稳定的效果不好,不能保证1500米距离以上的射击精度,所以加上了翼稳设计,变成了现代尾翼稳定脱壳穿甲弹APFSDS真正意义上的前身。
不过既然无需自旋稳定,膛线也就成了徒增阻力的桎梏,所以苏联人首先去掉了这个累赘,改用滑膛炮来专门发射APFSDS,西方国家随后跟进。
APFSDS带来的影响不止是滑膛坦克炮的流行,由于炮口制退器总是会对弹托在出炮口后的分离过程产生干扰,影响了射击精度,所以制退器也被取消了。
DGJ02式14.5mm钨心脱壳穿甲燃烧曳光弹引言DGJ02式14.5mm钨心脱壳穿甲燃烧曳光弹(以下简称脱壳弹)配用于14.5mm高射机枪,从1994年开始研制,2002年完成设计定型。
该弹弹头质量45g,初速1250m/s,在1000m 处以50°着角可以击穿20mm厚的均质合金钢板。
钨心脱壳穿甲弹是1960年代发展起来的一种性能优良的穿甲弹。
这种穿甲弹的弹头采用了脱壳原理和高密度钨合金的新结构、新材料,具有初速高、弹道低伸、飞行时间短、命中精度高、侵彻力大等特点,能有效地对付快速运动目标;其弹心断面密度大,与硬质钢心或碳化钨弹心在侵彻过程中整体破碎相反,钨合金弹心可展性较好,以飞溅式穿甲,具有较好的二次侵彻特性,对大着角、夹心或多层结构复合装甲的穿甲效果更为明显。
在1960年代末1970年代初,美国等西方国家几乎同时在小口径炮上推出旋转稳定式钨心脱壳穿甲弹,其优良的穿甲性能引起各国军方的极大关注。
为了提高步兵武器对付薄钢甲的能力并在近距离有效防空,我国率先将炮弹上采用的旋转稳定脱壳技术应用于枪弹,研制出世界上第一个钨心脱壳穿甲枪弹,即451厂于1984年设计定型的12.7mm钨心脱壳穿甲弹。
该厂在此基础上完善结构,提高性能,继而又研制出14.5mm钨心脱壳穿甲燃烧曳光弹。
基本结构由于枪弹外形尺寸及其圆柱部直径都远小于炮弹,所以脱壳枪弹结构必然与脱壳炮弹不同,特别是脱壳枪弹弹心的导转方式有异于炮弹。
14.5mm钨心脱壳穿甲燃烧曳光弹的弹头结构如图所示,由弹心、弹托和闭气环组成,弹心包覆在弹托内,弹托与闭气环的一部分通过过盈配合联结在一起。
弹心压在闭气环上,弹托、闭气环、弹心成一整体。
在膛内火药燃气的推动下,弹头整体沿枪管运动,并获得高初速和转速。
弹头出枪口后,在离心力作用下塑料弹托沿预制槽分成3瓣,以10 ~17 角飞散落在离枪口约50m 的地面上。
弹托脱开后,由于弹心质量大、阻力小,而闭气环质量小、阻力大,因此在弹心与闭气环之间形成空气阻力差,阻力差将闭气环与弹心分开,闭气环落在离枪口150m~200m的地面上,而弹心则飞向目标完成穿甲作用。
m829a3说明书
被美国坦克兵称为是「超级穿甲弹」(Super Sabot)的M829A3则是针对反制接触五型ERA所开发,尽管目前外界对它的认识不多,但该APFSDS据信为第一款采用分段式动能弹蕊的穿甲弹,同时弹蕊包壳改采碳纤维强化复合材料制成。
M829A3全弹重22.3公斤、长892mm,其衰变铀长杆弹蕊重10公斤,同时采用更具推进效率的8.1公斤RPG-380棒状推进药,可让弹蕊的炮口初速达1,555m/ s。
由于倍径较短的M256炮所具备的炮口初速比德国安放在豹
2A6/7坦克上的55倍径120mm炮更低,甚至也比俄制安装于T-9坦克上的2A46 125mm炮更低。
而尽管M829A3能有效反制接触五ERA,但较低的初速却不利于反制更新、防御效能宣称为接触五ERA两到三倍的遗迹。
据俄方宣称,遗迹ERA采用的是提前侦测引爆,因此早在APFSDS接触到ERA表面前,ERA内部的惰性炸药就会引爆,并将ERA 表面的钢板往外推达到提前切割的效果,因此,美国便开始研发全新的M829A4以穿透遗迹的防御。
穿甲现象和抗弹能力的表征各种穿甲弹都是利用长身管火炮发射它时所获得的高速飞行动能来穿头装甲和起杀伤作用的。
弹丸在冲击装甲前具有的动能为W=1/2*M*Vc^2 (5-1)公式中m——弹丸质量;Vc——弹丸冲击装甲的速度。
弹丸的动能在穿甲过程中消耗于许多方面,包括破坏装甲、弹丸本身的变形、装甲板的弹性振动、碰撞及摩擦发热等。
其中,破坏装甲做功是主要的。
从力学的观点看,装甲受破坏的应力可能有以下几种;延性挤压:σx=F/π*d^2环形剪切:τ=F/π*d*b张应力破裂:径向:σn周向:σm式中 F——弹丸对装甲的作用力;d——弹丸直径;b——装甲厚度。
当弹丸碰撞装甲时,这几种应力都同时出现,但其中那一种首先达到极限值造成破坏,随弹丸和装甲的材料性质和尺寸等不同而不同。
实际的装甲损坏形式有如下的概约规律:1、延性扩孔:主要由于挤压应力σx起作用,金属受弹丸挤压塑性流动,有的堆集在入口处,有的从出口处挤出,孔径约等于弹径d。
这一般发生在装甲较厚而韧、弹较尖而硬,和装甲厚b稍大于d时。
2、冲塞穿孔:主要是超过剪切应力τ所起的破坏作用,装甲被弹丸冲出一块大体成圆柱形的塞子,其出口稍大于弹径d。
这一般发生在中等厚度的装甲具有相当硬度,弹头较钝,装甲板厚略小于弹径时。
3、花瓣形孔:主要是周向张应力σm的作用,出现径向裂纹,装甲板卷向孔后,孔径约等于弹径约等于弹径d。
这一般发生在装甲薄而韧,弹丸速度较低时。
4、整块崩落:当装甲不太厚和韧性比较差时,主要由于径向应力σn的作用,产生圆周形裂纹,装甲被穿成超过弹径若干倍的大洞。
5、背后碎块:当较厚装甲的强度足够而韧性不足时,弹丸命中所产生的震动应力波可使装甲背面崩落碎块,并飞出起杀伤作用。
这时板前的孔不大,也可能未穿透。
实际出现的穿甲现象也可能是以上几种情况的不同综合。
一般穿甲弹在一般装甲的厚度和硬度条件下,穿甲孔主要是前二种情况的综合。
即先延性扩孔,当穿甲弹进行到装甲剩余厚度略小于弹径时,继之以冲塞成孔。
这些样式各异的猎枪弹你都认识吗?说说打猎用的独头弹、鹿弹、霰弹独头弹猎枪独头弹英语称为“slug”,为“金属块”的意思。
大、中口径独头弹一般用来猎猛兽和野猪、驯鹿、野牛等大型动物,要求尽量能够一枪击倒。
由于独头弹的弹头比步枪、手枪弹头重得多,口径也大得多,所以用猎枪发射独头弹后坐力很大。
猎枪弹发展到今天,独头弹的种类也层出不穷,但最基本最常见的类型有三种:布列奈克式(brennekel)、福斯特式(foster)和萨博特式(sabot)。
▲这是一个布列奈克独头弹,是用铅合金铸造的大体为圆柱形的弹头,为降低空气阻力头部为半球形。
这种铅弹头的四周有类似膛线的螺旋线,它的作用并非是让弹头在枪管内旋转,而是在弹头飞出枪口后在空气阻力作用下缓慢旋转,产生一定的稳定力偶让弹头保持稳定。
布列奈克独头弹的一个特征就是弹头底部有一个毡片压制的软垫,起到闭气和重心前移的作用。
▲这是一个福斯特独头弹,它的外形犹如一个中空的半球形,外周也有膛线,也能在空气中飞行时缓慢旋转。
福斯特独头弹的稳定原理类似飞行中的羽毛球,靠重心前移和自身微旋来保持稳定。
为了防止变形,在装配的时候福斯特独头弹的空腔内装有一个塑料球,再用弹托托住。
▲福斯特独头弹纵剖示意图,内部有一个空腔,这样的设计可以让重心前移使飞行稳定。
▲这是一个典型的萨博特独头弹。
这种独头弹摒弃了外周膛线,不依靠空气中微旋保持稳定。
它的弹丸类似一个细腰瓶子,弹丸外有两块塑料弹托,塑料弹托在枪管内能起到闭气作用,有利于提高初速。
当弹头飞出枪口后在空气阻力作用下轻薄的弹托飞散脱落,留下金属弹头飞向目标。
这种结构和现代反坦克炮上使用的脱壳穿甲弹颇为类似。
▲美国某个品牌的12号福斯特独头弹,因为弹壳是半透明的,所以能看到里面带膛线的弹头和塑料弹托。
鹿弹鹿弹就是大号霰弹的意思,一个子弹里有几颗直径较大的铅弹丸,用来猎杀较大的软皮动物效果很好。
口径较大的鹿弹对付野猪等凶猛的大动物也有很强的杀伤效果。
尾翼稳定脱壳穿甲弹是什么?我们在许多游戏和影视作品中,都能见到这种弹药,随着坦克车长的一声令下,M1A2SEP主战坦克里的黑叔叔装填手捡起一枚尖头的炮弹,塞进炮膛中。
而这枚被填装进去的尖头炮弹,就是尾翼稳定脱壳穿甲弹。
图为各种尾翼稳定脱壳穿甲弹在二战之后,坦克装甲突飞猛进,在斜面装甲和复合装甲的发展下,传统穿甲弹越来越难以击穿对方,仅仅是在二战时期,早期的T34坦克就必须逼近至虎式坦克的500米内才有可能击穿对方。
为了增强穿甲弹的威力,通过长期的测试和计算,人们最终得出结论,尽可能提高速度,并降低接触点面积,将提高穿甲效能。
在最初的测试中,各国开始试图使用钨钢作为弹头,因为钨钢足够重,并赋予了较大动能时,更容易破开对方坦克的装甲,但是问题接踵而至。
推动如此之重的弹头必然要提高发射药的爆炸能量,这使得坦克身管更容易被磨损。
随后各国又试着制作一种复合炮弹,其由外部的轻金属和内部的重钨钢联合组成,降低了整体的质量,这种炮弹撞击装甲时,实际发挥穿甲效果的还是钨钢部分,换言之,其他的轻金属只是为了填补弹膛维持气密性的而已。
随后,英国科研人员又进一步试图让炮弹初膛之后抛开无用的轻金属部分,至此,脱壳穿甲弹(APDS)出现了,这种次口径炮弹初膛之后就会把用于气密的部分抛除,只留下细长的次口径炮弹。
图为抛壳瞬间的尾翼稳定脱壳穿甲弹英国人使用的是线膛坦克炮,即使是高速飞行的次口径炮弹,出膛时也会拥有自转效果以稳定,以提高飞行弹道的准确性。
但是,二战之后,各国纷纷看上了滑膛坦克炮,滑膛炮射出的炮弹虽然不够稳定,但是能量不会被损耗在弹膛螺线的旋转中,同时也不用考虑膛线磨损的问题,炮弹威力更大。
那么,怎么样才能让滑膛坦克炮射出的APDS脱壳穿甲弹准确的命中对方呢。
研发人员随后给APDS脱壳穿甲弹装上了弹翼,四片弹翼成十字形排列在炮弹尾部。
当炮弹初膛的时候,其巨大的动能会有一部分被转化成角动能,使得这种炮弹即便是使用滑膛炮发射,也能自旋获得稳定。
杆式穿甲弹最大威力估算论文
穿甲弹是一种发射后靠炮弹动能穿透装甲的炮弹。
主要用于毁伤坦克、自行火炮、装甲车辆、舰艇、飞机等目标,也可破坏坚固工事。
具有初速高、直射距离大、射击精度高等特点。
穿甲弹内装硬度极强的穿甲合金钢心。
钢心是穿甲弹的主要部件。
1枚100毫米口径的穿甲弹,初速每秒900米,在1000米的射击距离上,可击穿110~160毫米厚的坦克装甲。
现在的穿甲弹采用贫铀合金做穿甲钢心,其穿甲能力更强,可击穿大倾角的装甲和新型复合坦克装甲。
穿甲弹打击效果
基本构造有头螺、弹体、聚能炸药、隔板、中心起爆调整器、引信和稳定装置。
如果说,“海上霸主”是航空母舰的话,那“陆上霸主”就是坦克无疑了。
这一陆战之王,从“一战”诞生起,就在人类的各大战争中担任主角,为战争发挥了极为重要的作用,是各国的主力武器之一。
随着时代的发展,直到现在,它也还是各国陆军的主要装甲力量,备受重视。
穿甲弹,诞生的历史挺早的,不过原先不是用于打坦克,是用于打击地面装甲防御建筑和海上舰船的。
后来,坦克诞生,才在坦克中大放异彩,是其克星般的存在。
二战时期,苏德坦克大战,北非坦克遭遇战,它都发挥了极大的作用。
二战结束后,各国也还在研究先进的穿甲弹,毕竟作为主要攻击对象,坦克的装甲也在提升。
中国的坦克穿甲弹研究在上个世纪达到
顶峰,我们的钨合金尾翼稳定脱壳穿甲弹在2200米距离,可击穿厚220毫米且65仰角的装甲。
我们最先进的穿甲弹应用在我们的99A 坦克上,2200米射程内可击穿厚达一米的均质装甲,足见其杀伤力惊人,达到了恐怖的地步,能瞬间让钢铁变豆腐,把对方坦克秒成渣渣。
穿甲弹工作原理Armor-piercing ammunition, commonly known as AP rounds, are designed to penetrate armor and inflict damage on the target. 穿甲弹,通常称为穿甲弹,旨在穿透装甲并对目标造成损害。
AP rounds work on the principle of using a hard and dense core, made of materials such as tungsten or depleted uranium, to punch through the armor. 穿甲弹的工作原理是利用硬密质的芯, 由钨或贫化铀等材料制成,用于穿透装甲。
When a projectile made of AP ammunition impacts the armor, the intense force and pressure causes the core to deform and propel forward, forcing its way through the armor. 当穿甲弹制成的弹丸撞击装甲时,强烈的力量和压力使核心变形并向前推进,迫使其穿透装甲。
The shape and design of AP rounds are carefully engineered to maximize their armor-piercing capability. 穿甲弹的形状和设计经过精心设计,以最大程度地发挥其穿甲能力。
In addition to its core material, the velocity and kinetic energy of the AP round also play a crucial role in its effectiveness against armor. 除了其核心材料外,穿甲弹的速度和动能也在其对抗装甲的效果中发挥关键作用。
一般情况下,“破甲弹”是指成型装药破甲弹,也称空心装药破甲弹或聚能装药破甲弹。
破甲弹和穿甲弹是击毁装甲目标的两种最有效的弹种,穿甲弹靠弹丸或弹芯的动能来击穿装甲,因此,只有高初速火炮才适于配用。
而破甲弹是靠成型装药的聚能效应压垮药型罩,形成一束高速金属射流来击穿装甲,不要求弹丸必须具有很高的弹着速度。
因而,破甲弹能够广泛应用在各种加农炮、无坐力炮、坦克炮以及反坦克火箭筒上。
另外,几乎所有的反坦克导弹都采用了成型装药破甲战斗部;在榴弹炮发射的子母弹(雷)中也普遍使用了成型装药破甲子弹(雷);在工程爆破、石油勘探中,采用成型装药的聚能爆破、石油射孔也已得到广泛使用。
5.1 破甲弹作用原理破甲战斗部之所以能够击穿装甲,得益于带凹槽装药爆炸时的聚能效应。
具体地说,装药凹槽内衬有金属药型罩的装药爆炸时,产生的高温、高压爆轰产物迅速压垮金属药型罩,使其在轴线上闭合并形成能量密度更高的金属射流,从而侵彻直至穿透装甲。
5.1.1 聚能效应首先观察不同装药结构爆炸后对装甲的不同作用,如图5-1所示,在同一块靶板上安置了四个不同结构形式但外形尺寸相同的药柱。
当使用相同的电雷管对它们分别引爆时,将会观察到对靶板破坏效果的极大差异:圆柱形装药只在靶板上炸出了很浅的凹坑(图a);带有锥形凹槽的装药炸出了较深的凹坑(图b);锥形凹槽内衬有金属药型罩的装药,炸出了更深的洞(图c);锥形凹槽内衬有金属药型罩且药型罩距靶板一定距离的装药却穿透靶板,形成了入口大出口小的喇叭形通孔(图d)。
由爆轰理论可知,一定形状的药柱爆炸时,必将产生高温、高压的爆轰产物,在瞬时爆轰条件下可以认为,这些产物将沿炸药表面的法线方向向外飞散,因而在不同方向上炸药爆炸能量也不相同。
这样,可以根据确定角平分线的方法确定作用在不同方向上的有效装药,如图5-2所示。
圆柱形装药作用在靶板方向上的有效装药仅仅是整个装药的很小部分,又由于药柱对靶板的作用面积较大(装药的底面积),因而能量密度较小,其结果只能在靶板上炸出很浅的凹坑。
【词汇】============NATO,北大西洋公约组织,简称“北约”,是地球上现存的最大的多国联盟军事集团组织。
AP,Armor Piercing,穿甲弹。
配有钢心的弹头,以动能击穿装甲。
APS是Armor-Piercing Shell 的缩写,即穿甲弹头;FMJ,Full metal jacket,即全金属被甲弹头,弹头装配后,被甲将弹心完全包住的弹头,但允许弹头底部被甲不完全包住弹心;全金属铜头弹,铜皮弹,完全以铜皮包裹弹头前端的设计。
因国际海牙公约的限制,军事上多用此种弹头。
穿透性强,简写为FMJ。
HP,Hollow point,空头弹。
包裹铜皮或不包裹铜皮,其弹头中空,目的在于使弹头击中目标后扩张,增加杀伤力。
杀伤力可比拟更大口径的弹头,同时避免穿透目标。
简写为JHP或HP。
JHP,Jacket Hollow Point,半包裹铜皮的空头弹,目的在于使弹头击中目标后扩张,增加杀伤力。
杀伤力可比拟更大口径的弹头,同时避免穿透目标,简写为JHP。
SP,Soft point,软头弹,铜皮只包裹弹头的基部,前端露出铅头,其目的在于促成弹头在击中目标后得以扩张,以加强杀伤力,效果不如空头弹。
简写为JSP或SP。
JSP,Jacket Soft Point,半包裹铜皮的软头弹。
目的在于使弹头击中目标后扩张,增加杀伤力。
杀伤力可比拟更大口径的弹头,同时避免穿透目标,其效果没有JHP好。
简写为JSP。
RN,Round Nose,圆头弹。
源自最初的子弹为圆球,虽然穿透空气的能力不佳,但是有上弹容易,重量大等好处,在较近距离射击的用途上,仍然十分受欢迎,简写为RN。
WC,Wadcutter,一种圆柱形平头弹,多为铅弹,主要用于射击竞赛,因为可以产生一十分清晰的圆形弹洞,简写为WC。
SWC,Semiwadcutter,一种圆锥状平头弹,设计目的也是在标靶上切出一个完整的圆洞,有的空头弹也采用此设计。
简写为SWC。
4.1 概述4.1.1 装甲目标和对反装甲弹药的要求所谓装甲目标是指用装甲保护的武器装备目标,如坦克、装甲车辆、自行火炮、武装直升机和军舰等,而装甲则是指安装在军事装备或军用设施上的防护层,主要指的是安装在坦克、装甲车上的防护用的金属板。
穿甲弹是一种依靠动能来摧毁装甲目标的重要弹种,有时也称为动能弹。
如前所述,最具代表性的装甲目标就是坦克,随着现代反坦克弹药性能的提高,世界各国都普遍加强了坦克的防护能力,间隔装甲、复合装甲、贫铀装甲、屏蔽装甲、反应装甲等技术被广泛采用,坦克已成为防护好、火力猛、高速、高机动性的移动堡垒。
通常,炮塔前装甲最厚,车体前装甲较厚,两侧和后部次之,顶部和底部最薄。
为抵抗低伸弹道弹丸的进攻,装甲应相对于铅垂线倾斜布置,这样不仅可以增大装甲的水平厚度,还容易产生跳弹和使引信瞎火。
随着装甲防护技术的发展,坦克的装甲防护层正在不断地采用新材料、新结构和新原理,目前普遍采用了多层间隔装甲、复合装甲、或披挂了反应装甲等防护措施,另外世界许多国家提出了某些新概念装甲,如电磁装甲、电热装甲和灵巧装甲等。
间隔装甲是指在车体或炮塔的主装甲之外,相隔一定距离,增加一层或多层附加钢甲。
其作用是使破甲弹提前引爆、穿甲弹的弹芯遭到破坏并消耗弹丸的动能、改变弹丸的侵彻姿态和路径,提高防护能力。
若附加装甲是相对独立的,也称为屏蔽装甲。
屏蔽装甲可以做成固定式的,也可做成安、取都较为方便的披挂式。
在坦克上加装附板或裙板都属屏蔽装甲。
复合装甲是由两层或多层不同材料组合而成的装甲。
就材质而言,金属材料除装甲钢外,还有铝合金、钛合金;非金属复合材料有高强度纤维、抗弹陶瓷等。
不同材质的装甲层以粘合或机械连接方法组合在一起,具备较好的综合防护能力,优于相等质量的单层钢装甲,常配置在战车中弹率较高的部位,例如车体前装甲和炮塔部位。
T-72C坦克的装甲防护,以复合装甲和反应式装甲为特征,并以外形低矮而保持了T 系列坦克的优点。
破甲弹的理论原理是啥破甲弹,顾名思义,是一种专门用来穿透装甲的弹药。
其设计理论是通过优化弹头和弹道空气动力学特性,使其能够在高速运动过程中有效地穿透或击穿目标装甲。
下面,我将从破甲弹的基本结构、材料和工作原理三个方面详细解析其理论原理。
1. 破甲弹的基本结构:破甲弹的基本结构包括弹头、弹壳、药筒和装药等部分。
弹头是破甲弹的关键组成部分,主要由钢材等高硬度、高强度材料制成,以确保弹头的穿甲能力。
弹壳则有助于固定和保护弹头,同时起到改善弹道特性的作用。
药筒是用于装填推进药的容器,其能够产生高压气体,将弹丸推出枪管。
装药则是推进药的具体形式,常见的有颗粒状、片状或颗粒与片状混合等。
2. 破甲弹的材料特性:破甲弹的穿甲能力与弹头材料的硬度、强度和形状等因素密切相关。
一般情况下,破甲弹的弹头采用高硬度、高强度的合金钢材料制成,以提高其抵抗装甲物质的能力。
此外,材料形态的设计也对破甲性能具有影响,流线型的弹头能够减小空气阻力,提高穿甲速度和能量。
3. 破甲弹的工作原理:破甲弹的工作原理主要包括冲击、破裂和穿透三个阶段。
首先,在枪口火药的爆炸作用下,破甲弹产生巨大的动能和速度,射出枪管并直接冲击到目标装甲上。
其次,弹头在冲击中受到装甲的阻碍,通过弯曲、变形和破裂等方式来转移和释放能量。
弹头在与装甲表面发生接触时,会受到冲击力和压力的作用,引起弹头形变。
当强度超过材料的极限时,弹头可能会发生破裂,产生裂纹或碎片。
最后,破甲弹的穿透能力取决于弹头的形变和破裂程度。
弹头弯曲或破裂后,其前端的小部分能够持续穿甲,进一步击穿装甲结构。
而弹头破裂后产生的碎片也能够在目标装甲中产生进一步的破坏。
此外,通过射击时的角度选择和弹道设计等手段,还可以增加破甲弹的穿透能力。
总结起来,破甲弹的理论原理是通过优化弹头和弹道特性来提高其对装甲的穿透能力。
破甲弹的结构、材料和工作原理密切相互配合,使其能够在高速运动中有效地穿透装甲,对目标造成有效打击。
穿甲弹丸失效破坏的实验和数值分析陈小伟,陈刚,屈明(中国工程物理研究院结构力学研究所四川绵阳)摘要:高速撞击中各种弹丸易遭受严重的失效和破坏,如对高强混凝土的深层侵彻和超音速穿甲钢靶。
本文对两类穿甲弹丸不同的破坏和屈曲情形进行实验研究和数值仿真分析。
首先讨论的是破片模拟弹不同破坏模式的转变,A3钢钝头弹撞击45钢板的实验中,对应于不同撞击速度已分别观察到泰勒撞击、向日葵型花瓣破坏和冲塞穿甲三种破坏模式。
其次是深层侵彻弹丸的动塑性屈曲,实验已观察到不同长径比弹丸有褶皱型和撕裂型两种屈曲破坏模式。
数值模拟展示了以上两类弹丸的撞击过程,再现了不同情形下的破坏和失效模式,与实验现象相符合。
关键词:数值模拟屈曲破坏穿甲/侵彻深层侵彻弹丸破片模拟弹1 引言穿甲力学研究中,理论分析、实验研究和数值模拟一直是有效的研究手段。
但在不同时期,研究手段各有侧重。
早期,人们习惯于通过大量的穿甲实验进行数据总结,给出终点弹道性能的经验公式,成本偏高。
借助于连续介质力学的发展,上世纪40年代后,在大量实验基础上,通过半唯像半理论的建模分析,带动了穿甲力学的长足发展。
60年代后,借助于计算机技术和有限元方法的发展,各种计算程序不断涌现,数值仿真在穿甲力学研究中愈更起到非常重要的作用,尤其在工程设计和研究中,数值仿真逐渐代替大部分场地实验而成为一种低成本的数值实验手段,令设计更精细。
自觉的研究应该是将理论分析、实验研究和数值模拟结合和相互印证。
理论分析有较多的假设和简化,但可以对研究思路和结果给出合理判断;真实的穿甲实验通常也是昂贵的,且受条件限制导致实验数据有限而忽略中间过程。
考虑了较多细节的数值模拟往往可以重复场地实验的主要结果,且给出更丰富的过程数据。
本文给出了我们近期的部分工作,其中可见我们在穿甲力学研究中将理论分析、实验研究和数值模拟三者结合的尝试。
2 FSP不同破坏模式的实验现象低强度钢弹撞击相对高强度靶板的工程背景之一是破片战斗部的终点弹道效应。
Yaziv, Mayseless 和Reifen(2002)开展了破片模拟弹(Fragment Simulation Projectile,简称FSP)撞击较高强度钢靶的实验研究,观察到泰勒撞击和靶板冲塞穿甲两种不同的破坏模式,并分析了两种破坏模式之间转换及其影响因素。
在强度相对较低的A3钢钝头弹(弹径φ25mm)撞击强度较高45钢板的实验中,在约200m/s~400m/s和700m/s~800m/s的撞击速度范围内,与Yaziv, Mayseless和Reifen(2002)相似,分别观察到弹体出现泰勒撞击和靶板冲塞穿甲两种破坏模式。
而在约400m/s~700m/s的撞击速度范围之内,实验还观察到弹体的另一种破坏模式,即“向日葵”型花瓣帽形失效。
图1展示了不同速度下弹体的三种破坏模式:“泰勒”撞击、“向日葵”型花瓣帽形失效和冲塞破坏。
区别于理想“泰勒”撞击的是:弹体变形从连续塑性流动演变为局部开裂。
弹体蘑菇头端面由内、外圈面两部分组成,且头部开裂正好止于内外圈面的交界处。
伴随弹体撞击速度或动能的增加,“蘑菇头”外圈开裂,逐渐增大而形成“向日葵”花瓣,花瓣外翻、弯曲。
花瓣长度随着弹体撞击速度的增大而增加,不同弹体“向日葵”型花瓣帽形失效呈现出由“盛开”到“结果”乃至“凋零”的变化(见图2)。
与靶板渐深的球缺形弹坑相适应,弹体头部“驻点区”材料(内圈)变形为近似外凸球冠形,该“帽形”随弹体撞击速度的增大而变高变大,直至帽子与弹195196图1 弹体的三种破坏模式a). V 0=465m/s(V-2) b). V 0=466m/s(I-2) c). V 0=683m/s(VI-2) d). V 0=648m/s(V-3)图2 “向日葵”型花瓣帽形失效图3 “向日葵”型花瓣帽形失效中花瓣与帽形分离 (VI-3, V 0=600m/s) 图4 VI-2弹体的花瓣断裂与帽形a) 靶板正面失效 b) 靶板背面失效 图5 三种破坏模式下靶板正面和背面的典型失效体发生“源汇”流线形状的分离,形成脱落的“帽形”(见图3)。
花瓣与“驻点区”帽形根部有明显分离,且花瓣表面有清晰的流线状分布;“向日葵”型花瓣与帽形表面均发蓝。
图4给出试验后VI-2弹体,大部分花瓣已与弹体分离,表现为脆性断裂;可以清晰观察到各断裂面的材料形貌。
速度足够大时,弹体花瓣被挤凿脱落,而弹体穿过靶板形成冲塞。
伴随弹体和靶体经历的不同结构破坏模式,弹材和靶材也经历着相当复杂的材料失效。
在第一、二破坏模式下,残弹质量几乎与原型弹质量一样;仅第三模式的残弹质量远小于原型弹质量,有严重的质量侵蚀。
图5为三种撞击速度范围下靶板的典型变形破坏情况。
在较低速度下,在弹靶撞击面产生凹坑,而在背面几乎观察不到明显的局部变形;在较高撞击速度下,在撞击界面处的凹坑进一步加深,但没有出现破坏,而在靶板的背面观察到星形开裂;在高速撞击条件下,弹体穿过靶板,形成冲塞破坏,从坑壁可观察到明显的挤凿痕迹,在靶板背面还观察到拉伸撕裂破坏。
3 FSP 不同破坏模式的数值模拟197利用LS-DYNA3D 数值模拟撞击产生的弹/靶变形和破坏。
采用拉格朗日三维实体单元对弹体和靶体进行离散划分且局部网格加细,采用侵蚀接触动力算法实现弹靶相互作用,利用单元删除技术模拟弹靶的破碎。
时间积分采用显式中心差分法,载荷为弹体初速,利用粘性阻尼以消除单点积分模式的沙漏影响,采用自动时间步长以优化计算时间步数。
在本文的数值模拟中,利用JC 强度模型和累积损伤失效模型描述弹靶材料的力学性能,并考虑塑性变形的绝热温升效应,但没有考虑热传导。
3.1 不同撞击速度下弹/靶的变形破坏图6为弹体在250m/s 、350m/s 、550m/s 和750m/s 四种撞击速度下的最终变形。
在较低速度下,弹体表现为Taylor 撞击的变形特性。
但由于靶板可变形,在弹体撞击端面出现一圆形凸台;随着速度的增大,弹体的撞击端墩粗面积也相应增加,并在一定速度下弹体边缘出现破坏失效。
随着弹体撞击速度的进一步提高,弹体撞击端的蘑菇形墩粗变形不断扩大,在弹体边缘形成的裂纹进一步发展,形成花瓣形失效,而端部中心部位的凸起进一步增高。
当撞击速度超过靶板的弹道极限后,造成靶板的破坏,弹体穿过靶板,头部墩粗为半球头,其侧面被挤凿。
图7为350m/s 、650m/s 和750m/s 三种撞击速度下靶板中心部位的最终变形。
在较低速度下,靶板正面出现压痕或较小深度的球缺形弹坑,而在靶板背面仅有少许甚至没有局部隆起变形;随着撞击速度的增大,弹坑逐渐加深,而靶板背面的隆起逐渐显著,并开始出现破坏失效;在高速撞击条件下,弹体穿过靶板,其弹孔上半部表现为明显的挤凿特征,在弹孔底部则是拉伸破坏。
a) 250m/s b) 350m/s c) 550m/s d) 750m/s a) 350m/s b) 650m/s c) 750m/s图6 不同撞击速度下弹体的最终形貌 图7 三种撞击速度下靶心部位的最终变形 3.2 弹体的Taylor 变形和破坏图8为弹体以350m/s 速度撞击靶板的Taylor 撞击变形过程。
在此撞击工况下,弹体在边缘出现裂口。
由图8可见,随着撞击过程的持续,弹体不断地被压缩变短,而头部直径不断扩大。
在20μs 左右,弹体撞击端的变形为边缘大而中心部位小;弹体在60μs 左右开始出现开裂;但在随后的过程中裂纹没有发展,在边缘其它地方继续产生开裂,到85μs 时出现众多细小的裂纹;之后不再出现新的裂纹,部分裂纹得到扩展而产生大的裂缝,其它裂纹受到抑制不再发展。
20μs 60μs 85μs 200μs图8 弹体的Taylor 撞击变形过程198 3.3 弹体的花瓣变形失效与靶板的凹陷变形图9为弹体以550m/s 撞击靶板时的弹靶变形图像, 在撞击后的25μs 左右,弹体头部中心的球冠形凸起即基本完全形成,在其后的整个撞击过程中没有大的变化。
在弹体头部凸台及靶板撞击面的凹坑形成后,弹体撞击端开始墩粗,向外变形扩展,靶板还没有出现整体变形。
随着撞击过程的持续,弹体头部不断增大,当边缘的应变超过材料失效应变时,在边缘开始产生裂纹,进一步发展形成了花瓣状变形。
花瓣逐渐发展长大。
同时,靶板逐渐产生整体变形。
在撞击后200μs ~300μs 区间,弹体的变形增长变缓,而靶板的整体变形有较大的增长。
从图9还可观察到,在整个撞击变形过程中,弹靶接触区域仅限于弹体凸台和靶板凹坑之间及其临近区域。
20μs 60μs 200μs 300μs图9 弹体花瓣形失效的变形过程图10 给出与图2相一致的数值结果, 也即,撞击速度越高,弹头“蘑菇头”钝粗愈更显著。
花瓣长度随着弹体撞击速度的增大而增加,不同弹体“向日葵”型花瓣帽形失效呈现出由“盛开”到“结果”乃至“凋零”的变化(见图2)。
与图4相似,高速撞击的弹体,在后期结构响应中回弹时大部分花瓣易断裂且已与弹体分离。
图10 不同撞击速度下的“向日葵”型花瓣帽形失效图11为以初始速度550m/s 撞击靶板的弹体损伤的云纹图。
在弹体撞击端的中心,出现损伤较小的一个区域,这种趋势的进一步发展,就会出现弹体头部“帽子”脱落的结果。
在较高的弹体撞击速度情况下,初始撞击产生的靶板凹坑较深,撞击中弹体头部形成的球缺形凸起镶于靶板弹坑中,其塑性流动变形受到约束,而后面弹体材料在初始速度驱动下,就只能绕过“驻定区”而向四周流动,图12的四分之一弹体的剖面网格变形直观的显示了这种情况。
图13的绝热温升分布图显示,在这种速度下,弹体的绝热温升相当高,超过1000K 。
图11弹体剖面的损伤参量云纹图(550m/s) 图12 弹体剖面网格变形 图13 弹体的绝热温升3.4 弹体冲塞穿甲靶板的变形与失效在高速撞击条件下,弹体穿过靶板形成了靶板的冲塞破坏。
图14为弹体撞击靶板贯穿过程图像。
在撞击后不久,靶板撞击面就产生凹坑,同时弹体撞击端也墩粗变形;随着撞击过程的持续,靶板凹坑不断加深,同时弹体撞击端也被挤压成半球头型,而弹体外缘也如伞一样变形,并出现一些破坏失效,之后靶板的变形类似与半球头弹体撞靶;随着凹坑变形的进一步加剧,弹体边缘部分与凹坑壁相互作用而被挤凿,与弹体发生分离,靶板在背面开始出现裂纹,并逐渐向撞击面发展,最终形成一个锥形的凿块,而凿块周围的靶材受弹体的挤压而从靶板上分离;最终弹体穿过靶板形成贯穿圆孔。
计算表明,弹靶的冲塞穿甲实际是在高速撞击下,弹体发生花瓣变形失效后,继续穿甲靶板的后续结果。
12μs 68μs 116μs 230μs图14 弹体撞击靶板的贯穿过程(750m/s)4 细长薄壁弹体的屈曲破坏实验研究细长薄壁弹体高速撞击钢靶和侵彻高强度混凝土靶时,高载荷容易导致弹体结构的破坏。