頭部刻槽戰(zhàn)斗部侵徹性能機(jī)理研究

劉堅成，渠弘毅，張曉涵，申明輝，郭立力

頭部刻槽戰(zhàn)斗部侵徹性能機(jī)理研究

劉堅成，渠弘毅，張曉涵，申明輝，郭立力

（北京航天長征飛行器研究所，北京，100076）

戰(zhàn)斗部頭部形狀是影響其侵徹能力的重要因素，對于理想剛性戰(zhàn)斗部在高速侵徹時，頭部形狀的影響更加突出，為提升作戰(zhàn)技能，基于傳統(tǒng)空腔膨脹理論，結(jié)合戰(zhàn)斗部頭部減阻優(yōu)化設(shè)計思路，對影響戰(zhàn)斗部侵徹阻力的關(guān)鍵系數(shù)*進(jìn)行分析，獲取了彈頭形狀系數(shù)與頭部刻槽參數(shù)的關(guān)系，分析了關(guān)鍵參數(shù)對頭部刻槽戰(zhàn)斗部侵徹性能的影響規(guī)律，提出了一種侵徹阻力較小的頭部刻槽戰(zhàn)斗部設(shè)計方案。經(jīng)理論分析計算，結(jié)果表明該頭部刻槽戰(zhàn)斗部方案可用于指導(dǎo)后續(xù)戰(zhàn)斗部設(shè)計。

戰(zhàn)斗部；侵徹；頭部刻槽

0 引 言

動能侵徹戰(zhàn)斗部作為打擊地面堅固目標(biāo)和地下深層目標(biāo)的有效手段，提高戰(zhàn)斗部的侵徹性能是當(dāng)前研究的重點，也是提升作戰(zhàn)性能的迫切需要。增強(qiáng)鉆地彈侵徹能力的主要技術(shù)途徑包括：提升戰(zhàn)斗部截面比動能、提高落速、優(yōu)化戰(zhàn)斗部頭部形狀。在一定的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)條件下，當(dāng)給定落速、戰(zhàn)斗部總質(zhì)量及戰(zhàn)斗部直徑等參數(shù)后，影響其侵徹性能的主要因素為頭部形狀。

1 頭部刻槽戰(zhàn)斗部設(shè)計

空腔膨脹理論早期是在對金屬類等延展性較好的材料研究中建立與發(fā)展的。Bishop等[5]推導(dǎo)了金屬材料基于不同坐標(biāo)系的空腔膨脹理論靜態(tài)表達(dá)式，F(xiàn)orrestal等[6]進(jìn)行了深入研究，得到以下形式的阻力公式：

Jones[2]對具有()函數(shù)形式的頭部形狀戰(zhàn)斗部進(jìn)行受力分析，如圖1所示，給出了阻力的表達(dá)形式如式（2）所示。在橫坐標(biāo)為上的戰(zhàn)斗部運(yùn)動方向合阻力為

式中 p為戰(zhàn)斗部表面法向壓力；f為彈靶摩擦力；y為戰(zhàn)斗部頭部曲線函數(shù)；b為頭部長度。

由文獻(xiàn)[7]可知，采用侵徹空腔表面的法向速度來分析戰(zhàn)斗部的侵徹壓力?？涨槐砻娣ㄏ蛩俣葹?/p>

式中為戰(zhàn)斗部侵徹速度。結(jié)合空腔膨脹理論，給出戰(zhàn)斗部表面法向應(yīng)力和侵徹速度關(guān)系的表達(dá)式：

圖2 N*和位置的變化關(guān)系

引入上述通過錐形頭部改進(jìn)的思路，并結(jié)合尾翼刻槽的思路[8]，對戰(zhàn)斗部開展頭部刻槽研究，采用圓柱形按照錐形頭部的斜率對卵形頭部進(jìn)行切除，環(huán)向一周共切除6次，得到頭部結(jié)構(gòu)如圖3所示。切除槽內(nèi)不同位置的截面見圖4，切入最深處的截面只能與錐形頭部相同，為圖中截面，另一典型切入位置截面可表示為，為兩端圓弧中間為直線的截面。

圖3 采用圓柱形在環(huán)向6次切除后的頭部結(jié)構(gòu)

圖4 切除后不同環(huán)向位置的頭部截面

圖5 l1的無量綱位置與頭部形狀系數(shù)N*的關(guān)系

2 頭部刻槽戰(zhàn)斗部侵徹阻力計算分析

圖6 環(huán)向切槽比例與整體N*的關(guān)系

圖7 CRH=3和頭部刻槽戰(zhàn)斗部示意

計算過載結(jié)果如圖8所示。由圖8可知頭部刻槽戰(zhàn)斗部過載較同等長度CRH=3頭部戰(zhàn)斗部具有較小的侵徹過載，即可說明侵徹過程中所受阻力較小。

圖8 不同初速條件下兩種戰(zhàn)斗部侵徹過載對比

侵徹能力如圖9所示，由圖9可知頭部刻槽戰(zhàn)斗部具有較大的侵徹深度，且初速越高時優(yōu)勢更明顯。

圖9 不同初速條件下兩種戰(zhàn)斗部侵徹深度對比

3 結(jié)束語

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Reasearch on Pentration Performance of Grooved-Tapered Projectile

Liu Jian-cheng, Qu Hong-yi, Zhang Xiao-han, Shen Ming-hui, Guo Li-li

(Beijing Institute of Space Long March Vehicle, Beijing, 100076)

Nose shape is an important factor to influence the penetration performance. For high/ ultra-high speed kinetic energy penetration, this factor is more serious. Based on the classical cavity expansion theory and design of low resistance, the relationship of nose factor*and grooved-tapered parameter is analyzed, and the influence rule of grooved-tapered penetration performance is obtained. The design of grooved-tapered with smaller penetration resistance is put forward, and the analysis results are proved reasonable and feasible by calculation, which can be used in judgment of the design of high speed penetrator nose shape.

projectile; penetration; grooved-tapered

1004-7182(2020)03-0021-04

10.7654/j.issn.1004-7182.20200304

O385

A

劉堅成（1989-），男，博士，工程師，主要研究方向為飛行器總體設(shè)計。

渠弘毅（1986-），男，工程師，主要研究方向為飛行器總體設(shè)計。

張曉涵（1995-），女，助理工程師，主要研究方向為探測制導(dǎo)與控制技術(shù)。

申明輝（1980-），男，高級工程師，主要研究方向為武器系統(tǒng)總體設(shè)計。

郭立力（1978-），男，高級工程師，主要研究方向為飛行器總體設(shè)計。

2020-04-13；

2020-04-27