破片加载方式及试验系统设计

球形破片作为最简单的几何形体和典型的杀伤元素，已广泛应用于预制破片战斗部［114，115］。因此，试验中破片结构选取球形及常见尺寸，材料选取93W（W243NE、93W-Ni-Fe）、95W（W232NE、95W-Ni-Fe）两种合金；结合已具备的试验条件，在战场装甲目标防护特性分析基础上，选取靶材，设计试验系统。

2.3.2.1　破片着靶速度

破片对目标的着靶速度取决于破片初速、弹体速度、目标运动速度、破片飞行距离及速度衰减系数等。预制破片战斗部因结构特点，其衬套破裂和爆炸产物气体泄漏早于自然破片战斗部，破片初速通常低于Gurney公式的计算值。以黑索金（RDX）或奥克托今（HMX）为主体装药的导弹战斗部的破片初速可达1 800～2 500 m/s［116］，对于大多数炮射弹药午新民［25］通过修正的Gurney公式获得破片初速在600～2 000 m/s范围。此外，因弹体速度存在，破片的动态初速范围远大于静态。根据弹药/战斗部的有效杀伤半径指标、破片飞行中的速度衰减计算，试验中破片着靶速度范围选取在500～2 500 m/s，属2.2节所述的高速撞击范畴。

2.3.2.2　破片加载方式及试验系统

本书试验中破片运动通过身管加载、抛射方式予以实现，考虑破片飞行过程中的速度衰减，破片抛射速度大于着靶速度。针对着靶速度在500～1 800 m/s范围内的破片穿甲试验，选取12.7 mm滑膛弹道枪加载，如图2.2所示；针对着靶速度在1 800～2 500 m/s范围的破片穿甲试验，选取57.5 mm/14.5 mm二级轻气炮加载，如图2.3所示。

图2.2　12.7 mm弹道枪及枪架

图2.3　57.5 mm/14.5 mm二级轻气炮

针对不同的加载装置，设计对应的试验方案、加载弹托及测试系统如下：

1.12.7 mm滑膛弹道枪加载试验系统

采用12.7 mm滑膛弹道枪加载，可以通过改变发射药（2/1樟枪药＋黑火药）质量来调整破片的抛射速度在500～1 800 m/s。破片装载于扣合的四瓣尼龙弹托锥形孔中，示于图2.4中。在膛内，弹托载运破片一同运动，出枪口后，由于空气阻力的作用，破片与弹托分离，破片基本沿直线飞行，通过靶板前方的（激光或通靶）速度测试系统获取破片的着靶速度，如图2.5所示；通过靶后的通靶测试系统获取破片穿靶后的速度。逐发试验，观察破片对靶板穿甲后的响应现象，记录破片穿甲初始和终结状态。具体布置如图2.6所示。

图2.4　尼龙弹托

图2.5　速度测试系统

图2.6　弹道枪加载试验布置示意及现场

（a）试验布置示意；（b）试验布置现场

2.57.5 mm/14.5 mm二级轻气炮加载试验系统

采用57.5 mm/14.5 mm二级轻气炮加载，可以通过改变高压气室内的压强（11.0～13.0 MPa）来调整破片的抛射速度在1 800～2 500 m/s。破片装载于塑料弹托中，如图2.7所示。在14.5 mm身管末端通过褪托装置分离弹托，如图2.8所示。褪托装置后的磁测速靶启动示波器记录，破片撞靶速度由靶板前方的铝铂测速靶获得，如图2.9所示。铝铂测速靶后的靶室内放置固定靶架，如图2.10所示，靶板安置于靶架上。逐发试验，观察破片对靶板穿甲后的响应现象，记录破片穿甲的初始和终结状态。试验布置示意如图2.11所示。

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图2.7　塑料弹托

图2.8　褪托装置及磁测速靶

图2.9　铝铂测速靶

图2.10　靶架

图2.11　轻气炮加载试验布置示意

2.3.2.3　破片材质、尺寸与力学性能

钨（W-Ni-Fe）合金是一种由近似于球形的钨颗粒和由镍、铁组成的黏结相通过液相烧结而成的双相合金［117］，在武器装备中主要作为穿甲弹芯及预制破片材料。根据“哈姆”等典型导弹战斗部［116，118］调研结果，选取93W（W 243NE）和95W（W243NE）两种类型的4种破片进行试验。试验中的破片均由黑龙江北方工具有限公司提供。不同类型钨合金材料组分及力学性能列于表2.2中，破片实测质量列于表2.3中。

表2.2　钨合金组分及力学性能

表2.3　破片种类及实测质量（选取30个样本进行测量）

2.3.2.4　靶体材质、尺寸与力学性能

1.战场目标及防护特性分析

海湾战争、科索沃战争及阿富汗、伊拉克等局部战争表明，战场上暴露的有生力量大幅减少，地面履带、轮式步兵战车，装甲指挥、通信车，武器发射车，武装直升机等具备良好防护性能的各种轻、重型装甲类目标逐渐增多。这些目标的防护结构材料均为钢，等效厚度为10～20 mm［119，120］。此外，若干军用飞机的驾驶舱装有均为10 mm厚的防护钢板；新型武装直升机装甲防护厚度均不小于5 mm［121，122］；电力枢纽目标中变压器片的厚度通常为18～20 mm［123］。

2.靶体结构等效

依据上述目标防护特性分析，选取低碳钢Q235A和硬铝2A12-T4共两类金属为靶体材料进行试验。其中，Q235A钢板由武汉钢铁股份有限公司提供，2A12-T4铝板由中南铝业有限公司提供。实测各靶体厚度及力学性能列于表2.4中。

表2.4　金属靶板的实测厚度和力学性能