兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (2): 240019-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0019
收稿日期:
2024-01-08
上线日期:
2024-03-26
通讯作者:
基金资助:
JIANG Teng, WU Haijun*(), DENG Ximin, QUAN Xin, DONG Heng, HUANG Fenglei
Received:
2024-01-08
Online:
2024-03-26
摘要:
为研究变截面弹体斜侵彻两层间隔钢靶时结构特征对弹道特性的影响规律,开展椭圆等截面、椭圆变截面弹体在1020m/s初速、5°着角条件下斜侵彻两层间隔钢靶实验,结合数值模拟对比圆等截面、椭圆等截面、圆变截面和椭圆变截面弹体在斜侵彻钢靶过程中的弹道轨迹、速度、偏转角、纵向位移和纵向加速度的变化情况,揭示变截面弹体结构特征影响弹道稳定性的物理机制。研究结果表明:当弹体初始撞击速度较大、弹肩处横截面面积一致及变截面角度在0°~2.5°范围内时,不同横截面形状和变截面角度弹体在斜侵彻两层间隔钢靶过程中的速度变化差异很小;对于变截面弹体,可以通过改变变截面结构特征找到一个使得弹体贯穿首层靶板后纵向位移基本为零的临界变截面角度;不同横截面形状的变截面弹体受变截面角度对贯穿钢靶后纵向运动、姿态偏转的敏感程度不同,横截面形状的长短轴之比越大,变截面角度对偏转角速度的影响越大;变截面角度会影响弹体穿靶过程中的受力方向,可能导致弹体受力出现反转现象。相关研究对变截面弹体结构特征参数的优化、变截面弹体斜侵彻两层间隔钢靶弹道特性预测具有较好的指导价值。
中图分类号:
蒋腾, 武海军, 邓希旻, 全鑫, 董恒, 黄风雷. 变截面弹体斜侵彻两层间隔钢靶弹道特性[J]. 兵工学报, 2025, 46(2): 240019-.
JIANG Teng, WU Haijun, DENG Ximin, QUAN Xin, DONG Heng, HUANG Fenglei. Study on Ballistic Characteristics of Variable Cross-section Projectile Obliquely Penetrating Two-layer Spacer Steel Target[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(2): 240019-.
横截面 形状 | 弹体 类型 | 长径比 | 长短轴 之比 | 变截面角 度/(°) | 弹体 质量/g |
---|---|---|---|---|---|
椭圆等截面 | E | 2.8 | 1.25 | 0 | 50.0 |
椭圆变截面 | VE1 | 2.8 | 1.25 | 1 | 50.0 |
VE2 | 2.8 | 1.25 | 2.5 | 50.6 |
表1 3类实验弹体结构参数
Table 1 Structural parameters of three types of experimental projectiles
横截面 形状 | 弹体 类型 | 长径比 | 长短轴 之比 | 变截面角 度/(°) | 弹体 质量/g |
---|---|---|---|---|---|
椭圆等截面 | E | 2.8 | 1.25 | 0 | 50.0 |
椭圆变截面 | VE1 | 2.8 | 1.25 | 1 | 50.0 |
VE2 | 2.8 | 1.25 | 2.5 | 50.6 |
序号 | 弹体 类型 | 着角/(°) | 首层着 靶速度/ (m·s-1) | 第2层着 靶速度/ (m·s-1) | 第2层出 靶速度/ (m·s-1) | 首层靶 速度降/ (m·s-1) | 第2层靶 速度降/ (m·s-1) | 第1层速 度降低 比率/% | 第2层速 度降低 比率/% |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | E | 5 | 1034.7 | 987.6 | 929.1 | 47.1 | 58.5 | 4.55 | 5.92 |
2 | VE1 | 955.7 | 902.4 | 839.2 | 53.3 | 63.2 | 5.58 | 7.00 | |
3 | VE2 | 872.3 | 822.1 | 760.0 | 50.2 | 61.1 | 5.75 | 7.43 |
表2 弹体速度统计
Table 2 Projectile velocity statistics table
序号 | 弹体 类型 | 着角/(°) | 首层着 靶速度/ (m·s-1) | 第2层着 靶速度/ (m·s-1) | 第2层出 靶速度/ (m·s-1) | 首层靶 速度降/ (m·s-1) | 第2层靶 速度降/ (m·s-1) | 第1层速 度降低 比率/% | 第2层速 度降低 比率/% |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | E | 5 | 1034.7 | 987.6 | 929.1 | 47.1 | 58.5 | 4.55 | 5.92 |
2 | VE1 | 955.7 | 902.4 | 839.2 | 53.3 | 63.2 | 5.58 | 7.00 | |
3 | VE2 | 872.3 | 822.1 | 760.0 | 50.2 | 61.1 | 5.75 | 7.43 |
弹体类型 | 着角 | 靶板编号 | 偏转角 | 攻角 | 姿态角 | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Δγv | Δγh | α0 | α1 | Δα | θ0 | θ1 | Δθ | ||||||||
E | 5 | 1 | 3 | 1 | -2 | 0 | 0 | 0 | -3 | -3 | 0 | 8.0 | 5.1 | -2.9 | |
2 | -4 | -8 | -4 | 0 | 0 | 0 | 7 | 13 | 6 | 1.0 | 9.4 | 8.3 | |||
VE1 | 1 | -5 | -7 | -2 | 6 | 12 | 6 | 5 | 6 | 1 | 6.0 | 13.0 | 7.0 | ||
2 | -12 | -34 | -22 | 12 | 38 | 26 | 8 | 26 | 18 | 13.6 | 37.0 | 23.4 | |||
VE2 | 1 | -3 | -7 | -4 | 5 | 4 | -1 | 3 | 9 | 6 | 5.3 | 12.2 | 6.9 | ||
2 | -12 | -27 | -15 | 4 | 4 | 0 | 10 | 22 | 12 | 8.0 | 28.3 | 20.3 |
表3 弹体穿甲过程姿态统计
Table 3 Attitude statistics table of projectile during armor-piercing process (°)
弹体类型 | 着角 | 靶板编号 | 偏转角 | 攻角 | 姿态角 | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Δγv | Δγh | α0 | α1 | Δα | θ0 | θ1 | Δθ | ||||||||
E | 5 | 1 | 3 | 1 | -2 | 0 | 0 | 0 | -3 | -3 | 0 | 8.0 | 5.1 | -2.9 | |
2 | -4 | -8 | -4 | 0 | 0 | 0 | 7 | 13 | 6 | 1.0 | 9.4 | 8.3 | |||
VE1 | 1 | -5 | -7 | -2 | 6 | 12 | 6 | 5 | 6 | 1 | 6.0 | 13.0 | 7.0 | ||
2 | -12 | -34 | -22 | 12 | 38 | 26 | 8 | 26 | 18 | 13.6 | 37.0 | 23.4 | |||
VE2 | 1 | -3 | -7 | -4 | 5 | 4 | -1 | 3 | 9 | 6 | 5.3 | 12.2 | 6.9 | ||
2 | -12 | -27 | -15 | 4 | 4 | 0 | 10 | 22 | 12 | 8.0 | 28.3 | 20.3 |
ρ/(g·cm-3) | E/GPa | v | Tr | Tm | 0/s-1 | χ | m | cp/(J·kg-1·K-1) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
7.85 | 210 | 0.3 | 294 | 1760 | 2.1×10-3 | 0.9 | 1 | 452 |
A/MPa | B/MPa | n | C | C1 | C2 | C3 | C4 | C5 |
1269 | 810 | 0.479 | 0.040 | 0.248 | 2.392 | 0.317 | 5.504 | -4.161 |
表4 30CrMnSiNi2A材料模型参数
Table 4 30CrMnSiNi2A material model parameters
ρ/(g·cm-3) | E/GPa | v | Tr | Tm | 0/s-1 | χ | m | cp/(J·kg-1·K-1) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
7.85 | 210 | 0.3 | 294 | 1760 | 2.1×10-3 | 0.9 | 1 | 452 |
A/MPa | B/MPa | n | C | C1 | C2 | C3 | C4 | C5 |
1269 | 810 | 0.479 | 0.040 | 0.248 | 2.392 | 0.317 | 5.504 | -4.161 |
ρ/(g·cm-3) | E/GPa | v | A/MPa | B/MPa | n |
---|---|---|---|---|---|
7.85 | 206 | 0.28 | 355 | 930 | 0.496 |
m | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 |
1.0 | 0.2 | 1.16 | -1.22 | -0.0234 | 1.5 |
表5 Q345E材料模型主要参数
Table 5 Main parameters of Q345E material model
ρ/(g·cm-3) | E/GPa | v | A/MPa | B/MPa | n |
---|---|---|---|---|---|
7.85 | 206 | 0.28 | 355 | 930 | 0.496 |
m | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 |
1.0 | 0.2 | 1.16 | -1.22 | -0.0234 | 1.5 |
弹体类型 | 实验速度/(m·s-1) | 仿真速度/(m·s-1) | 相对误差/% | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
E | 首层着靶速度 | 靶间速度 | 第2层出靶 速度 | 首层着靶速度 | 靶间速度 | 第2层出靶 速度 | 靶间速度 | 第2层出靶 |
1034.7 | 987.6 | 929.1 | 1034.7 | 978.1 | 916.1 | 0.96 | 1.41 |
表6 实验与仿真速度对比
Table 6 Experimental and simulated speeds
弹体类型 | 实验速度/(m·s-1) | 仿真速度/(m·s-1) | 相对误差/% | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
E | 首层着靶速度 | 靶间速度 | 第2层出靶 速度 | 首层着靶速度 | 靶间速度 | 第2层出靶 速度 | 靶间速度 | 第2层出靶 |
1034.7 | 987.6 | 929.1 | 1034.7 | 978.1 | 916.1 | 0.96 | 1.41 |
弹体类型 | 实验偏转角/(°) | 仿真角度/(°) | 相对误差/% | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
E | 首层着靶角度 | 第2层着靶 角度 | 第2层出靶 角度 | 首层着靶 角度 | 第2层着靶 角度 | 第2层出靶 角度 | 第2层 着靶 | 第2层 出靶 |
3 | -4 | -8 | 3 | -4.19 | -8.48 | 4.53 | 5.66 |
表7 实验与仿真偏转角对比
Table 7 Experimental and simulated deflection angles
弹体类型 | 实验偏转角/(°) | 仿真角度/(°) | 相对误差/% | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
E | 首层着靶角度 | 第2层着靶 角度 | 第2层出靶 角度 | 首层着靶 角度 | 第2层着靶 角度 | 第2层出靶 角度 | 第2层 着靶 | 第2层 出靶 |
3 | -4 | -8 | 3 | -4.19 | -8.48 | 4.53 | 5.66 |
序号 | 横截面 形状 | 变截面 角度/ (°) | 编号 | 长短轴 之比 | 弹长/ mm | 弹体 质量/g |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 圆等截面 | 0 | C | 1 | 42 | 50.0 |
2 | 圆等截面 | 1 | VC1 | |||
3 | 2.5 | VC2 | ||||
4 | 椭圆等截面 | 0 | E | 1.25 | ||
5 | 椭圆变截面 | 1 | VE1 | |||
6 | 2.5 | VE2 |
表8 变截面弹体参数
Table 8 Statistical table of variable cross-section projectile parameters
序号 | 横截面 形状 | 变截面 角度/ (°) | 编号 | 长短轴 之比 | 弹长/ mm | 弹体 质量/g |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 圆等截面 | 0 | C | 1 | 42 | 50.0 |
2 | 圆等截面 | 1 | VC1 | |||
3 | 2.5 | VC2 | ||||
4 | 椭圆等截面 | 0 | E | 1.25 | ||
5 | 椭圆变截面 | 1 | VE1 | |||
6 | 2.5 | VE2 |
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