弹道侵彻增强的机理分析

实验表明，活性弹丸侵彻下，铝靶破坏主要分为三种模式，即花瓣形破坏、冲塞式破坏和盲孔破坏。3 mm厚薄铝靶形成的典型花瓣形破坏如图2.41所示。从图中可以看出，侵孔正面均存在不同程度喷射状熏黑痕迹，侵孔背面存在不同程度隆起，且隆起区域、高度以及出孔边缘裂纹与碰撞速度密切相关。从穿孔模式形成机理看，3 mm厚铝靶在冲击载荷作用下，以撞击点为圆心向下凹陷造成铝靶塑性变形，局部区域出现微小断裂而形成裂纹，与此同时，碰撞过程已激活的部分活性材料发生爆炸化学反应，在动能冲击和化学能联合作用下，铝靶在撞击点附近发生断裂并使裂纹扩展，从而形成向背面翻起的花瓣形状破孔毁伤模式。此外，受碰撞速度、着靶姿态等因素影响，花瓣形状、隆起高度和裂纹条数等均有所差异。

结合侵彻过程高速摄影和活性弹丸撞击起爆特性，花瓣形破坏模式形成过程可划分为如图2.42所示3个阶段。第一阶段，活性弹丸以一定速度碰撞靶板，撞击形成的冲击波分别传入靶板和弹丸中，受到冲击压缩的活性材料发生高应变率塑性变形并伴随部分材料的碎裂飞溅，与此同时，在强冲击碰撞作用下，靶板在碰撞点附近发生塑性变形，如图2.42（b）所示。

第二阶段，侵彻过程中更多活性材料被激活，并发生局部点火反应，在撞击点周围形成小范围喷溅火焰。此时，铝靶变形加剧，局部应力集中区域出现径向裂纹，靶板背面出现显著隆起，如图2.42（c）所示。

图2.41　典型花瓣形破坏

第三阶段，激活部分活性材料整体发生爆燃化学反应并释放化学能，未激活部分活性材料继续侵彻铝靶，在动能和化学能的联合作用下，导致径向裂纹的大范围扩展以及花瓣的翘曲运动，最终形成典型的花瓣形破坏模式，如图2.41所示。需要注意的是，在该阶段，当活性弹丸动能不足以贯穿铝靶时，足够的活性材料末端化学能的释放将仍有可能对铝靶产生一定的结构毁伤，包括花瓣隆起和裂纹扩展等，如图2.42（d）所示。

图2.42　薄靶弹道侵彻增强机理

铝靶在活性弹丸侵爆联合作用下产生的典型冲塞式破坏如图2.43所示。可以看出，穿孔正面呈现喷射状烟气熏黑痕迹，穿孔背面周围存在轻微隆起。实验结果表明，活性弹丸以高于弹道极限速度碰撞6 mm、9 mm及12 mm厚铝靶时，铝靶主要呈现冲塞式穿孔破坏模式。这主要是因为，在该碰撞条件下，铝靶厚度增加使结构抗弯能力显著增强，撞击区域边缘铝靶材料首先发生剪切失稳并形成初始裂纹，在弹丸冲击载荷和爆炸载荷作用下，裂纹沿侵彻方向不断扩展最终贯穿靶板而形成冲塞块，并在弹丸持续侵彻作用的推力作用下，冲塞块最终飞离靶板而形成冲塞式穿孔模式。与此同时，铝靶迎弹面相对平整光滑，仅有少量灼烧痕迹，表明活性材料靶前爆燃反应比较完全；铝靶背面穿孔周围材料略向外凸起，并产生局部小裂纹，原因在于在冲塞块和弹丸飞出侵彻通道时，由于弹靶之间摩擦力作用，造成了出孔附近铝靶材料流动。

图2.43　典型冲塞式破坏(www.xing528.com)

活性弹丸以低于弹道极限速度侵彻铝靶时，虽然活性弹丸被激活发生爆燃反应，但由于碰撞动能太低且化学能释放有限，致使弹丸不能有效贯穿靶板，从而形成如图2.44所示盲孔破坏模式。可以看出，入孔周围喷射状烟熏痕迹较铝靶贯穿条件下更加显著，主要原因是碰撞过程中被激活部分活性材料在侵彻通道内发生爆炸形成的喷射状烟气全部沿侵孔正面径向飞散。此外，从靶板背面特征看，在活性弹丸冲击作用下，铝靶背面向外凸起形成鼓包，甚至在靶板背面产生裂纹，且长度和形状与靶板厚度相关。

图2.44　典型盲孔破坏

结合侵彻过程高速摄影及活性材料撞击起爆特性，活性弹丸对靶板造成冲塞破坏过程可划分为3个阶段，如图2.45所示。

图2.45　厚靶弹道侵彻增强机理

第一阶段，作用过程与碰撞薄靶类似，活性弹丸内产生冲击波，造成活性材料发生碎裂、飞散，靶板迎弹面发生初始变形，如图2.45（b）所示。

第二阶段，在冲击载荷作用下，铝靶在碰撞区域周围应力集中位置产生轴向剪切裂纹，裂纹随着弹丸的继续侵彻逐渐扩展；与此同时，更多活性材料在侵彻过程被激活，并发生局部点火反应，形成向外喷溅的火焰，且火焰亮度较碰撞薄板时更加显著，如图2.45（c）所示。

第三阶段，激活部分活性材料全部发生爆燃反应并释放化学能，未激活部分活性材料继续侵彻铝靶，在动能和化学能的联合作用下，导致轴向裂纹扩展并贯穿铝靶，形成冲塞块并加速运动，最终飞离靶板而形成冲塞式穿孔模式。需要注意的是，在该阶段，当活性弹丸动能耗尽无法贯穿靶板情况下，活性材料在侵彻通道末端因为足够的化学能释放仍有可能导致冲塞式破坏模式的形成，这主要取决于活性材料反应率和剩余靶板厚度，如图2.45（d）所示。