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新型弹丸用陶瓷材料的试验研讨探究
发布时间:2011-11-28        浏览次数:1402        返回列表
  EFP具有高速度、在大炸高下能保持完整的弹丸特性来攻击装甲目标等特点,因此它已成为军事上一种重要的战斗部,因而针对EFP的装甲防护也越来越受到国内外学者的广泛重视。
  是研究陶瓷复合靶板抗侵彻能力的重要实验手段,被广泛采用,其中美国陆军弹道实验室和美国陆军材料技术实验室等机构把DOP实验定为陶瓷综合评定的标准技术。通过DOP实验,可得到表征陶瓷抗弹性能的两种参数:质量防护因数Em和差分防护因数ec。
  本文中设计并加工一种EFP,药形罩采用紫铜球缺药形罩,装药为JH2,药形罩直径为56mm,装药高度为45mm.利用脉冲X光照相技术,观测EFP形貌,得到EFP的弹道参数。同时对一定炸高下的陶瓷复合靶板进行侵彻,得到DOP实验数据。对实验数据进行分析,初步评估99Al2O3装甲陶瓷对实验所选EFP的抗侵彻性能。
  2EFP设计及性能测试
  EFP药形罩采用球缺药形罩,药形罩选用材料为紫铜,药形罩直径为56mm,壁厚为2.5mm,药形罩质量为57.5g,装药为无壳体装药。将加工好的紫铜药形罩用压装法进行装药,采用两种装药,分别为JH2和TNT,装药量分别为178g和166g,装药高度均为45mm.压装好的EFP装药实物图所示。
  实验中所用测试系统为HP43733A型闪光X射线系统。
  EFP性能测试装置所示,包括脉冲X射线摄影系统、EFP在实验中采用脉冲X射线摄影系统对EFP的成形过程进行拍摄,底片进行三次曝光,分别为EFP试件静止像、EFP成形(t1时刻)及EFP弹丸着靶前(t2时刻)像。用脉冲X射线摄影系统拍摄到的EFP照片如所示,通过EFP试件静止照和后两幅照片之间的位置关系可以确定对应时刻EFP的头部、尾部位置,进而确定EFP的头部及尾部速度。
  分别测试了JH2装药和TNT装药的EFP性能,具体结果其中t1、t2为曝光时间,l/d为EFP长径比,v1、v2分别为EFP的头部速度和尾部速度。由可以看出,EFP性能较稳定,JH2装药EFP速度和长径比在两发实验中的一致性较好。TNT装药由于后期药形罩加工数量的限制,因此只测试了一发,仅作为参考,在后面的DOP实验中以JH2装药EFP为主对陶瓷复合靶板进行侵彻。
  另外,在测试中发现,当炸高较大时,EFP在着靶前会发生拉断现象。当炸高调节到约360mm时,EFP在着靶前能保持良好的完整形貌,因此后面的DOP实验中炸高均取360mm.
  3EFP侵彻陶瓷复合靶DOP实验
  EFP侵彻陶瓷复合靶DOP实验在北京理工大学西山实验区的爆炸洞里进行,主要实验设备包括闪光X射线摄影系统、EFP装药试件、陶瓷复合靶板以及吊装EFP试件和摄影底片夹所用构架。
  用EFP分别侵彻一定炸高下的半无限厚钢靶和陶瓷钢复合靶,回收靶板,测出基准穿深h0和残余穿深hr。
  先进行JH2装药EFP对半无限厚钢靶的侵彻即基准实验,得到基准穿深h0,数据所示,其中D为开坑直径。
  由数据可以看出,基准穿深和弹坑直径在两发实验中的一致性较好,因此可以认为,本实验条件下,该EFP对半无限厚钢靶的基准穿深为44.05mm.
  以上实验所用EFP都采用JH2装药,本文中还用TNT装药EFP对陶瓷复合靶进行了DOP实验,结果见。
  因药形罩和陶瓷数量有限,对TNT装药EFP只做了3发DOP实验,数据可供后续实验参考,对实验结果的分析以JH2装药EFP的实验数据为主。
  装甲陶瓷对EFP抗弹性能分析在本实验条件下,质量防护因数Em随陶瓷厚度Hc的增加基本呈现出单调增大的趋势。这是由于Em侧重于描述陶瓷复合靶的整体抗弹能力的缘故,由于陶瓷本身的抗弹性能优于钢靶,因而陶瓷厚度越大则复合靶中陶瓷所占的比例亦越大,因此其整体抗弹能力也越强,在EmHc图上就表现为质量防护因数随陶瓷厚度的增加而增加。但在设计防护装甲时不能只为了追求高的质量防护因数而一味的增加陶瓷厚度,还需考虑装甲本身的重量和体积,因此,应寻求出陶瓷复合装甲中陶瓷厚度和装甲钢厚度的最佳比例。
  在EFP侵彻陶瓷复合靶实验中,差分防护因数随陶瓷厚度的增加基本呈现出单调递减的规律,并且差分防护因数随陶瓷厚度增大而减少的趋势越来越弱,大约在陶瓷厚度增大到25mm至27mm以后接近一个稳定值,此时的差分防护因数ec1.8.差分防护因数侧重于描述陶瓷材料本身所表现出来的抗弹性能,因此建议用差分防护因数作为陶瓷抗侵彻性能的评价指标。
  差分防护因数随陶瓷厚度的增加而减小的实验结果,在D.Yaziv和V.Hohler对AD85和AD995的实验研究结果中也有类似的报道。他们对这种实验现象的解释为,随着陶瓷厚度的增加,弹杆侵彻速度下降,这时弹杆前方陶瓷材料具有了较长的压缩损伤发展时间,导致了弹杆前方陶瓷材料压缩强度的进一步下降,因而造成了差分防护因数的减小。另外,本文中认为,随着陶瓷厚度的增加,来自陶瓷块侧面的反射振动波造成射弹前方陶瓷材料的进一步损伤和粉碎,从而降低了陶瓷的防护性能,因而表现为差分防护因数随陶瓷厚度的增加而减小。
  在JH2装药EFP对陶瓷复合靶的DOP实验中,对陶瓷厚度为30mm靶板做了2发比较实验,其中004号靶板不加约束,而006号靶板的陶瓷面板周围增加了尺寸为105mm50mm的钢圆筒约束(钢圆筒壁厚为5mm)。2发实验数据进行对比可以看出,006号实验的残余穿深(hr=13.5mm)明显小于004号实验的残余穿深(hr=18.2mm),而006号实验的质量防护因数Em和差分防护因数ec明显大于004号实验。由此可见,侧向约束可以增加陶瓷复合靶板对EFP的抗侵彻性能。
  陶瓷的抗侵彻性能主要依赖于陶瓷材料冲击压缩损伤后形成的陶瓷碎粒沿弹丸反向流动对弹丸的磨蚀作用,由于应力波传播速度和裂纹扩展速度都远大于弹丸侵彻速度,所以,当对陶瓷靶不加约束时,弹丸到达裂纹损伤区时弹丸周围的陶瓷碎粒除了沿弹丸反向流动外还会向侧向流动,而增加侧向约束后约束力会使陶瓷碎粒密贴在弹丸周围,使陶瓷碎粒在沿弹丸反向流动时对弹丸的磨蚀作用更充分,因此对弹丸的抗侵彻性能比不加侧向约束时有所增加。其他学者也得出过类似的结论,黄良钊等认为,在DOP实验中增加约束条件可使防护因数提高1620.D.Yaziv等、C.D.Anderson等进行的DOP实验的研究结果表明,陶瓷的抗弹性能随约束程度的增加而增加。
  将本文得到的陶瓷对EFP的防护因数中[url=http://www.gytc.info/news/html/hangye/9250.html]LED散热陶瓷[/url]对钨合金长杆弹的防护因数比较,发现前者比后者的防护因数有明显提高,见。
  本文中认为这是由于EFP的撞击速度比长杆弹大(长杆弹的速度为1380m/s),因此相对于速度较慢的长杆弹而言,EFP头部到达区域由于应力波传播的时间较短陶瓷碎粒并没有完全形成,因此与长杆弹相比EFP弹丸头部接触的区域陶瓷较密实,并且侧边密实陶瓷对中心区域的约束力也较大,故导致陶瓷对EFP的抗侵彻性能有所提高。A.A.Kozhushko等的研究结果是对本观点的一种支持,他们曾用空心装药高速射流侵彻陶瓷,研究结果表明陶瓷抗高速射流侵彻的能力比抗长杆弹有明显提高。他们认为,射流的高侵彻速度快于裂纹传播速度,裂纹不能在射流前沿处的陶瓷内扩展,射流在整个侵彻过程中都遇到了密实的材料,使射流前沿的陶瓷材料具有很高的压缩应力,从而提高了抗侵彻能力。本文中TNT装药形成的EFP对陶瓷的DOP实验数据是上述观点的又一证明。
  5结论
  通过用爆炸成型弹对Al2O3装甲陶瓷材料进行了深侵彻实验研究,可得出以下结论:(1)质量防护因数随陶瓷厚度的增加基本呈现出单调增大的趋势。
 ?。?)差分防护因数随陶瓷厚度的增加而减少,但是趋势越来越弱,当陶瓷厚度增大到一定值后,差分防护因数接近一个稳定值。差分防护因数侧重于描述陶瓷材料本身所表现出来的抗弹性能,本文中建议用差分防护因数作为陶瓷抗侵彻性能的评价指标。
 ?。?)陶瓷增加侧向约束可以提高其抗侵彻性能(本文中质量防护因数由1.35增加为1.58)。本文中认为正是由于增加侧向约束后约束力会使陶瓷碎粒密贴在弹丸周围,使陶瓷碎粒在沿弹丸反向流动时对弹丸的磨蚀作用更充分,因此对弹丸的抗侵彻性能比不加侧向约束时有所增加。
 ?。?)陶瓷对EFP的防护因数比陶瓷对钨合金长杆弹的防护因数有明显提高。