模拟钻地弹的设计与实验研究

第１７卷第ｉ期

２００３年３月高压物理学报ＰＨＹＳＩＣＳＶｎＩ．Ｌ７，Ｎ。ｉＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡｌ，ＯＦＨＩＧＨＰＲＥＳＳＵＲＥＭａｒ．，２００３文章编号：１０００５７７３（２００３）０１—００６９—０６

模拟钻地弹的设计与实验研究

初哲１’２，周刚２，韩娟妮２，杨黔龙２，王可慧２，王金海２

１０００８１；（１．北京理工大学机电工程学院，北京

２．西北核技术研究所，陕西西安７１００２４）

摘要：对钻地弹的弹体材料、弹体参数、气动性能、侵彻过载和侵彻深度等问题进行了研

究。在此基础上，设计了模拟钻地弹，并进行了外场试验，试验取得了成功．且得到一些有益的

结论。

关键词：侵彻；过载；钻地弹；气动特性

中图分类号：ＴＪ４１３文献标识码：Ａ

引言

钻地武器的研究自１９６０年美国的“土壤（包括岩石、砂、冰等地介质）动力学”研究计划开始，历经

４０年，取得了显著的进展，多个国家已有型号装配。我国真正意义上的钻地弹研究，还处于起步阶段。根据目前的需求，我们设计了钻地弹的模拟弹，并进行了侵彻试验。

２模拟弹的设计

２．１弹体设计

２．１．１弹体材料

钻地弹使用环境恶劣，弹体材料要求具备高强度和高韧性，国外先后采用过Ｄ６ＡＣ、Ｅ４３４０钢，现在

采用ＨＰ９—４系列钢“１。

国内目前有高强高韧钢Ｆ１７５和Ｇ５０．从表１列出的几种材料的典型机械性能看，Ｇ５０钢的断裂韧

性Ｋ，ｃ值明显高于ＨＰ－９—４—３０、Ｆ１７５等材料。故在模拟弹的设计中选用Ｇ５０钢作为弹体材料。

表１几种弹体材料典型的机械性能

Ｔｈｂｌｅ１Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ∞ｖｅｍＩｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＥＰＷ

收稿日期：２００１－１２－２１；傣回日期：２００２—１１—１２作者简介：初哲（１９７１一），男，硬士，助理研究员

万方数据

万方数据

——————————————————————————————————————————————————————————————————一７２高压物理学报第１７卷

裹４模拟弹气动特性参数

Ｔａｂｌｅ４Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓ

Ｆｉｎｏｆａｍｏｄｅｌｐｒｅｓ—ｓｕ—ｒｅ———Ｆ—ｉｎ—ｌ—ｉ｛—ｔ——Ｃ—ｏｍ——ｂｉ—ｎａ—ｔｉ—ｏｎ——Ｃ—ｏ—ｍ—ｂ—ｉｎ—ａｔ—ｉｏ—ｎ—ｐ—ｒｅ—ｓｓ—ｕ—ｒｅ——Ｃ—ｏ—ｍ—ｂｉ—ｎ—ａｔ—ｉｏ—ｎ—ｓｔ—ａ—ｂｉ—ｌｉｌ—ｙ

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实验表明，良好的尾翼稳定弹丸，其稳定储备量Ｂ＝１５Ｗ～２８ｏＡ，可见，我们设计的模拟弹的气动性

能良好。模拟弹总体示意图见图３。

圈３模拟弹总体币葸图

Ｆｉｇ．３ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆａｍｏｄｅｌＥＰＷ

３结果及分析

试验采用８５ｍｍ滑膛炮作为发射工具，撞击强度为３０ＭＰａ的钢圈约束混凝土靶板，炮位距靶约

８０ｍ．炮管垂直靶面，靶尺寸为十２ｍ×１．５ｍ，试验中对着靶速度、侵彻过载、飞行姿态及终点弹道进行了测量。

图４为模拟弹以５３０ｍ／ｓ的速度撞击混凝土靶的正面图。从弹洞观察．模拟弹着靶姿态基本垂直

靶面，侵彻过程稳定。弹体尾部稳定杆折断，尾翼飞散，但尾翼与弹体的螺纹连接尚紧密。

图５为模拟弹穿过纸靶所留下的弹洞和尾翼片的切痕。弹洞与模拟弹直径几乎一致 切痕长度也

与尾翼一致。由于纸靶与钢圈约束混凝土靶平行，图５表明模拟弹尾翼工作正常，弹飞行姿态垂直靶面。

圈４速度为５３０ｍ／ｓ的模拟弹撞击靶正面

Ｆｉｇ．４Ｔａｒｇｅｔｐｅｎｅｔｒａｔｅｄｂｙ

ｗｉｔｈａａ图５纸靶显示飞行姿态Ｆｉｇ．５ＳｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｒｏｕｇｈａｍｏｄｅｌＥＰＷｍｏｄｅｌＥＰＷｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇｖｅＩｏｃｈｙｏｆ５３０ｍ／ｓａｐａｐｅｒ

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羹奏薹：蔫；ｌ谣冀塞誊俯书建幕酉和誊蘸誊蠹琴赫心约为士０．０５ｆｉｌｍ；而ＰＩＮ二极管芯与管壳偏心约为士０．０５笺妻蒌ｉｍｍ，取决于ＰＩＮ的制造、封装工艺，见图４。在激光测速系统中．还必须考虑由于激光束准直问题带来的实际定位误差。薹蓝警羹霉僖霪州重曲簧明驰妻萼穗璺羹誊

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图４光电探头结构及机械公差

Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｐｒｏｂｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｌｏｃａｔｉｏｎｃｌｅａｒａｎｃｅ

４．２光束准直误差

为简化分析，设弹丸为平行于炮管轴线、并位于轴线上的一条细杆，激光束直径比光敏面太，这时可

把ＰＩＮ管光敏区看成一个点Ａ，有效的光线为ＣＡ（见图５），经简单推导可得

ｚ一（Ｄ—ｄ）△Ｚ／（２Ｄ）（４）

其中：Ｄ为光源到ＰＩＮ管的设计距离，ｚ表示由于光束准直不好造成的光电探头的定位误差，ｄ为弹丸直径。由公式（４）可见，该误差随弹丸直径增加而减小，当ｄ—Ｄ时，ｚ—ｏ。通常情况下实验采用标准弹丸，对于本系统，由于采用炮管延长段，弹丸直径ｄ接近，故该项误差可以忽略。

因此，合成的定位标准不确定度为“。（ｚ）＝￣／Ｆ丽ｆＦ瓦丽ｒＦｉ巧矿：０．０７。ｍ。

此外公式（４）的结论对激光测速系统方案的选择提供了理论指导。在其它类似的激光测速系统中，

由于采用Ｈｅ－Ｎｅ激光管做光源，必须置于气炮靶室外，此时ｄ远小于Ｄ，而且刖也不易控制得足够小（不易准直ｔ一般△』≈ｏ．５ｒａｍ），使得该项误差较大，有时成为影响测量精度的主要误差来源。图６给出弹丸直径与准直误差的计算结果，同时给出不同Ｄ的误差曲线，计算表明：当Ｄ＝２ｍ、ｄ一６０ｍｍ时，准直误差增加到０．２５ｍｍ．