反应装甲射流在爆炸场中的断裂模型

柳魁 沈兆欣

摘 要：阐述了爆炸反应装甲受装甲倾角影响很大，射流侵彻能力与射流断裂时间有关，同时给出了射流在空气中的断裂时间计算公式以及射流在爆炸场中的断裂模型。

关键词：爆炸反应装甲；倾角；射流断裂时间

1 概述

目前爆炸式反应装甲广泛运用在主战坦克、自行火炮以及装甲车辆上。但爆炸反应装甲的防护效果，受装甲倾角影响很大。如当装甲的倾角为700时，有72%的成型装药战斗部射流的防护效果被爆炸反应装甲抵消，而倾角为零时则只可以化解大约11%到16%破甲武器的威力。由于坦克顶部装甲防护较薄弱，因此反坦克弹药从顶部攻击，是攻击装备爆炸反应装甲的坦克、自行火炮等的最好办法。当射流侵彻穿透薄板时，炸药会被引爆，爆炸驱动上下飞板沿着它的法线方向相背运动，在相背运动的过程中飞板和射流没有接触，所以对射流的影响很小，因此对射流的阻碍作用以爆炸场为主。

2 射流在空气中断裂的经验公式

我们知道，射流断裂严重影响着射流的侵彻能力，连续的射流侵彻效果远远大于断裂的射流。在实验中，按照材料力学的关系，有：

F=A？滓（？着）（1）

上式中，F为拉力，？滓为试件的横截面应力，A为试件的截面积。A与试件初始截面积A0的如下关系：

A=■ （2）

当F为最大值时，颈缩最先出现，即：

■=0 （3）

把前两个式子即（1），（2）同时代入（3）可得：

■=■（4）

也就是说，当？着逐渐增大时，增加到满足（4）方程条件时，颈缩就会出现。假设当颈缩开始出现时的？着为？着c，即当？着？叟？着c时，材料发生颈缩。而对于破甲弹的射流，一般情况下有？着？叟？着c，因此它是不稳定的。

而对射流断裂问题的研究，专家通过了许多的实验研究，得出结论：射流的稳定性受射流的初始半径rj0，射流初始速度梯度■，应力？滓，药型罩材料密度？籽j，影响很大，因此我们用量纲分析的方法计算，可以得出在空气中射流运动出现颈缩的时间与主要因素间的函数关系为：

（5）

上述算式里，tb1是射流颈缩出现的时间。t*是很小的一个量。dx0是微元初始长度，dm是微元质量。由质量守恒定律得：

（6）

在同一个射流中，■不随t*变化。加入一个新的参数Ω：

（7）

把（7）代入（5）得：

由于t*是很小的一个量，当t*→0时，t*应与tb1无关，所以可得：

（9）

上述算式里c1是个常数。

同理，射流断裂的时间为：

（10）

c（？渍）是一个常数，其数值由实验可以得到。

由（7）式可以看出，Ω是新加入的一个物理参数，与射流速度成函数关系，但对于一定速度微元射流，Ω就相当于一个常数，因此式（10）就可测定射流在空气中开始出现断裂的时间。

3 射流在爆炸场中的断裂模型

对于射流在高温高压下的失稳断裂问题，属于材料变形问題，可以忽略大气压、材料的应变率及环境温度的影响，因此看以看作射流微元处于单向应力状态。由于射流在侵彻过程中始终处于运动状态，在（10）式计算中，可以用材料的应力极限代替？滓s。

由于金属射流在侵彻过程中，还要受到冲击波的作用，而且数值远大于射流横截面所受应力，由于射流微元在爆炸场中处于三维空间复杂的应力状态，射流微元应力状态，其中p为在爆炸场中所受压力。在这种应力关系下，利用Mises强度理论来计算射流所受到的其等效应力，表达式为：

（11）

在本式中，？滓1=？滓，？滓2=？滓3=-p，其中p为在爆炸场所受压力，将式（11）代入（10）可得：

（12）

（12）式即为金属射流侵彻反应装甲是的断裂模型，tpb表示断裂时间。

利用（12）（10）可求得：

由于金属射流所受的应力远远小于爆炸场中的压强。可知，射流在收到炸药爆压作用时，断裂时间要远远小于在空气中的断裂时间。按准定常断裂射流侵彻理论，射流断裂以后，不连续的射流侵彻能力要明显下降。

4 结束语

文章利用弹塑性力学理论及射流断裂模型，推导出射流在侵彻反应装甲时的射流断裂模型以及导致射流断裂的主要因素。结果表明，爆炸场的压力是导致射流出现颈缩断裂的主要原因。

参考文献

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