兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 3793-3804.doi: 10.12382/bgxb.2023.0278
所属专题: 爆炸冲击与先进防护
收稿日期:
2023-03-31
上线日期:
2023-12-30
通讯作者:
基金资助:
REN Guang, WU Haijun, DONG Heng*(), LÜ Yingqing, HUANG Fenglei
Received:
2023-03-31
Online:
2023-12-30
摘要:
发射弹体作为激励物破碎高强度岩石实现样品采集在近地小行星(NEA)取样方案中备受关注。为研究可变形异型弹体撞击高强度岩石的弹靶作用过程及岩石破碎机理,设计花瓣形贯穿式、花瓣形非贯穿式与圆卵形贯穿式3类弹体,基于57mm轻气炮和14.5mm弹道枪开展低速(71.4~280.0m/s)与高速(453.0~612.0m/s)撞击单轴抗压强度180MPa高强度玄武岩实验,获得不同构型和入射速度下弹体变形模式、反射速度及反射动能比、岩石破碎区直径、开坑深度及碎岩质量变化规律。实验结果表明:低速撞击下,两类花瓣形弹体的反射速度较圆卵形弹体降低了约21.9%~42.8%,且具有更低的反射动能比;高速撞击下,花瓣形非贯穿式弹体的弹靶作用过程为多点同步撞击与泰勒杆式撞击两段式过程,其碎岩质量约为花瓣形贯穿式弹体的3倍。研究结果为可变形异型弹体构型设计、高强度岩石破碎机理研究提供实验验证与研究思路。
中图分类号:
任光, 武海军, 董恒, 吕映庆, 黄风雷. 可变形异型弹体撞击高强度岩石实验[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3793-3804.
REN Guang, WU Haijun, DONG Heng, LÜ Yingqing, HUANG Fenglei. Deformable Special-Shaped Projectile Impacting a High-strength Rock:Experiments and Analysis[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(12): 3793-3804.
C | O | N | H | Nb | Fe | Si | W | Ta |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0.0070 | 0.0075 | 0.0020 | 0.0020 | 0.0003 | 0.0003 | 0.0010 | 0.0040 | 余量 |
表1 钽棒材料化学成分
Table 1 Chemical composition of tantalum rod %
C | O | N | H | Nb | Fe | Si | W | Ta |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0.0070 | 0.0075 | 0.0020 | 0.0020 | 0.0003 | 0.0003 | 0.0010 | 0.0040 | 余量 |
密度/ (g·cm-3) | 热膨胀系数 (<100℃) | 熔点/℃ | 泊松比 | 弹性模量/ GPa | 屈服强度 (-100℃)/MPa | 屈服强度 (500℃)/MPa |
---|---|---|---|---|---|---|
16.6 | 6.5×10-6 | 2995.0 | 0.3 | 195.0 | 600.0 | 360.0 |
表2 钽基础物理与力学性质(20℃)
Table 2 Basic physical and mechanical properties of tantalum (20℃)
密度/ (g·cm-3) | 热膨胀系数 (<100℃) | 熔点/℃ | 泊松比 | 弹性模量/ GPa | 屈服强度 (-100℃)/MPa | 屈服强度 (500℃)/MPa |
---|---|---|---|---|---|---|
16.6 | 6.5×10-6 | 2995.0 | 0.3 | 195.0 | 600.0 | 360.0 |
弹体 类型 | 弹体质 量/g | vm/ (m·s-1) | vr/ (m·s-1) | dc/ mm | 破碎粒 度/mm | G/% |
---|---|---|---|---|---|---|
10.7 | 71.4 | 11.0 | 9.0 | ≤1.0 | 2.4 | |
T1 | 10.7 | 111.2 | 12.0 | 11.5 | ≤3.0 | 1.2 |
10.7 | 279.0 | 22.9 | 17.5 | ≤12.0 | 0.7 | |
15.4 | 78.0 | 11.0 | 12.0 | ≤1.0 | 2.0 | |
T2 | 15.4 | 110.6 | 15.6 | 16.5 | ≤3.0 | 2.0 |
15.4 | 280.0 | 26.6 | 33.0 | ≤10.0 | 1.0 | |
11.7 | 82.5 | 20.5 | 8.0 | ≤1.0 | 6.6 | |
T3 | 11.7 | 121.0 | 22.0 | 9.5 | ≤2.0 | 3.4 |
11.8 | 260.0 | 34.7 | 13.5 | ≤5.0 | 1.8 |
表3 3类异型弹体低速撞击抗压强度180MPa玄武岩实验结果
Table 3 Experimental results of low-speed impact of three types of projectiles on basalt target with uniaxial compression strength of 180MPa
弹体 类型 | 弹体质 量/g | vm/ (m·s-1) | vr/ (m·s-1) | dc/ mm | 破碎粒 度/mm | G/% |
---|---|---|---|---|---|---|
10.7 | 71.4 | 11.0 | 9.0 | ≤1.0 | 2.4 | |
T1 | 10.7 | 111.2 | 12.0 | 11.5 | ≤3.0 | 1.2 |
10.7 | 279.0 | 22.9 | 17.5 | ≤12.0 | 0.7 | |
15.4 | 78.0 | 11.0 | 12.0 | ≤1.0 | 2.0 | |
T2 | 15.4 | 110.6 | 15.6 | 16.5 | ≤3.0 | 2.0 |
15.4 | 280.0 | 26.6 | 33.0 | ≤10.0 | 1.0 | |
11.7 | 82.5 | 20.5 | 8.0 | ≤1.0 | 6.6 | |
T3 | 11.7 | 121.0 | 22.0 | 9.5 | ≤2.0 | 3.4 |
11.8 | 260.0 | 34.7 | 13.5 | ≤5.0 | 1.8 |
图12 3类弹体反射动能比与入射动能关系
Fig.12 The relationship among the reflection kinetic energy ratiosand incident kinetic energies of the three types of projectiles
弹型 | 弹体 质量/g | 入射速度/ (m·s-1) | 破碎区 直径/mm | 开坑深 度/mm | 碎岩质 量/g | N |
---|---|---|---|---|---|---|
10.6 | 453.0 | 22.0 | 3.0 | 0.8 | 7.3 | |
T1 | 10.5 | 458.0 | 28.0 | 4.0 | 2.2 | 7.0 |
10.6 | 599.0 | 32.0 | 7.0 | 2.4 | 4.6 | |
10.5 | 600.0 | 33.0 | 7.0 | 2.8 | 4.7 | |
15.7 | 455.0 | 38.0 | 6.0 | 10.2 | 6.3 | |
T2 | 15.7 | 465.0 | 40.0 | 7.0 | 11.7 | 5.7 |
15.6 | 612.0 | 57.0 | 12.0 | 19.9 | 4.8 | |
15.7 | 610.0 | 55.0 | 11.0 | 19.8 | 5.0 |
表4 T1与T2弹体高速撞击抗压强度180MPa玄武岩实验结果
Table 4 Experimental results of high-speed impacts of T1 and T2 projectiles on basalt target with uniaxial compression strength of 180MPa
弹型 | 弹体 质量/g | 入射速度/ (m·s-1) | 破碎区 直径/mm | 开坑深 度/mm | 碎岩质 量/g | N |
---|---|---|---|---|---|---|
10.6 | 453.0 | 22.0 | 3.0 | 0.8 | 7.3 | |
T1 | 10.5 | 458.0 | 28.0 | 4.0 | 2.2 | 7.0 |
10.6 | 599.0 | 32.0 | 7.0 | 2.4 | 4.6 | |
10.5 | 600.0 | 33.0 | 7.0 | 2.8 | 4.7 | |
15.7 | 455.0 | 38.0 | 6.0 | 10.2 | 6.3 | |
T2 | 15.7 | 465.0 | 40.0 | 7.0 | 11.7 | 5.7 |
15.6 | 612.0 | 57.0 | 12.0 | 19.9 | 4.8 | |
15.7 | 610.0 | 55.0 | 11.0 | 19.8 | 5.0 |
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