鄒 勇，胡國(guó)懷，周喻虹，劉廷國(guó)

(1 國(guó)防科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院， 長(zhǎng)沙 410073； 2 西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所， 西安 710065)

0 引言

高速動(dòng)能導(dǎo)彈是精確制導(dǎo)與動(dòng)能穿甲毀傷技術(shù)相結(jié)合的一種新型的反坦克導(dǎo)彈武器系統(tǒng)，與傳統(tǒng)反坦克反裝甲導(dǎo)彈相比，它依靠超高速飛行獲得巨大動(dòng)能，利用重金屬穿甲桿戰(zhàn)斗部，完成對(duì)裝甲目標(biāo)的打擊。由于其對(duì)目標(biāo)裝甲變化不敏感，因此可有效摧毀具有主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)(APS)的復(fù)合裝甲、間隔裝甲、反應(yīng)裝甲(ERA)等新型裝甲目標(biāo)。在威力方面，以美國(guó)的高速動(dòng)能導(dǎo)彈為例，其巨大的動(dòng)能殺傷力，甚至可以摧毀第四代主戰(zhàn)坦克，是未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)突破新型防護(hù)裝甲的殺手锏，是名符其實(shí)的現(xiàn)代主戰(zhàn)坦克的克星[1]。

在我國(guó)現(xiàn)有的反坦克武器裝備體系中，尚無(wú)高速動(dòng)能導(dǎo)彈武器裝備，正在開展相關(guān)技術(shù)的研究工作。傳統(tǒng)的反坦克導(dǎo)彈依靠戰(zhàn)斗部裝藥的化學(xué)能穿透裝甲，高速動(dòng)能導(dǎo)彈屬于新型毀傷機(jī)理的制導(dǎo)彈藥，其戰(zhàn)斗部為一個(gè)大長(zhǎng)徑比的重金屬穿甲桿，它與尾翼穩(wěn)定脫殼穿甲彈彈芯結(jié)構(gòu)基本相同，因此可以認(rèn)為高速動(dòng)能導(dǎo)彈與尾翼穩(wěn)定脫殼穿甲彈具有基本類似的毀傷機(jī)理[2-5]。尾翼穩(wěn)定脫殼穿甲彈發(fā)射后，彈托在幾十毫秒內(nèi)分離，碰擊目標(biāo)時(shí)只有重金屬穿甲彈芯，而高速動(dòng)能導(dǎo)彈碰擊目標(biāo)時(shí)除重金屬桿外，還存在包裹在穿甲桿外的導(dǎo)彈殼體、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及續(xù)航發(fā)動(dòng)機(jī)等部件。這些部件的存在一方面會(huì)增加導(dǎo)彈的著靶動(dòng)能，另一方面會(huì)造成穿甲桿穿甲方向傾斜、姿態(tài)改變，這些對(duì)高速動(dòng)能導(dǎo)彈的穿甲能力造成的影響，需開展試驗(yàn)研究[6]。

針對(duì)以上問(wèn)題，文中所涉試驗(yàn)采用彈道炮作為試驗(yàn)平臺(tái)，采用相似理論設(shè)計(jì)了縮比模擬試驗(yàn)彈，重點(diǎn)研究了模擬試驗(yàn)彈在不帶彈體和帶彈體部件兩種情況下對(duì)穿甲能力的影響。

1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)系統(tǒng)包括模擬試驗(yàn)彈、彈道炮和測(cè)試設(shè)備。試驗(yàn)彈為被試品，用于研究?jī)煞N情況下的穿甲能力，彈道炮為發(fā)射平臺(tái)，提供試驗(yàn)要求的中靶速度，測(cè)試設(shè)備為高速攝像機(jī)，主要測(cè)試試驗(yàn)彈脫殼情況、飛行姿態(tài)和中靶速度。

1.1 模擬試驗(yàn)彈方案

采用相似理論設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了1#和2#兩種方案的縮比模擬試驗(yàn)彈，試驗(yàn)彈外形分別如圖1和圖2所示，1#方案試驗(yàn)彈為將飛行部分縮比后的120 mm脫殼穿甲彈。2#方案試驗(yàn)彈是在1#方案基礎(chǔ)上附加了相當(dāng)于高速動(dòng)能導(dǎo)彈部件縮比質(zhì)量的120 mm脫殼穿甲彈，其鎢合金穿甲彈芯與1#方案相同。試驗(yàn)彈的結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

圖1 1#方案試驗(yàn)彈

圖2 2#方案試驗(yàn)彈

方案結(jié)構(gòu)參數(shù)試驗(yàn)彈長(zhǎng)度/mm鎢合金長(zhǎng)度/mm飛行部分質(zhì)量/kg試驗(yàn)彈總質(zhì)量/kg1#5425151.874.862#9055155.329.02

1.2 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)布置方案

試驗(yàn)采用120 mm彈道炮平射的方法，射擊距離為150 m，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)布置見圖3。在距炮口15 m處布置高速攝像機(jī)用于拍攝試驗(yàn)彈的飛行姿態(tài)及脫殼情況；在距炮口40 m布置高速攝像機(jī)用于測(cè)量試驗(yàn)彈的飛行速度，在距目標(biāo)40 m處布置兩套高速攝像機(jī)用于測(cè)量試驗(yàn)彈的著靶速度；在彈道上適當(dāng)?shù)木嚯x布置了10張紙靶，用于觀察試驗(yàn)彈的章動(dòng)規(guī)律。

圖3 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)平面布置圖(俯視)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 穿甲試驗(yàn)結(jié)果

該試驗(yàn)先后共進(jìn)行了上述2種方案共計(jì)7發(fā)模擬試驗(yàn)彈的穿甲試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 穿甲試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

001號(hào)、004號(hào)試驗(yàn)彈未完全脫殼，002號(hào)、007號(hào)試驗(yàn)彈產(chǎn)生了彈跳現(xiàn)象，其他試驗(yàn)彈均飛行正常。試驗(yàn)結(jié)果只用1#方案的003號(hào)試驗(yàn)彈在著靶速度1 350.1 m/s時(shí)穿透了150 mm/68°均質(zhì)靶板，2#方案試驗(yàn)彈在相近的著靶速度時(shí)未能穿透。

2.2 極限穿透速度計(jì)算

計(jì)算模擬試驗(yàn)彈穿甲桿對(duì)150 mm/68°均質(zhì)靶板的極限穿透速度，采用修正的De Marre公式。

Vc=k(d-0.031 63)0.5bz/(q0.5cosnα)

(1)

式中：Vc為極限穿透速度(m/s)；d為彈丸飛行部直徑(dm)；b為靶厚(dm)；q為彈丸飛行部質(zhì)量(kg)；α為靶板傾角((°)，垂直時(shí)為0°)；k為反映靶板的機(jī)械性能與彈頭材料特征系數(shù)k=bσ，b與彈體材料有關(guān)，隨彈芯材料變化而變化，σ與靶板材料性能及厚度有關(guān)且隨其變化；z為隨被穿靶板厚度變化的指數(shù)；

n為隨α變化的指數(shù)(z，n隨α變化)。

計(jì)算結(jié)果，試驗(yàn)彈穿甲桿對(duì)150 mm/68°均質(zhì)靶板的極限穿透速度為1 085.8 m/s，可見7發(fā)試驗(yàn)彈的著靶速度均大于極限穿透速度。

2.3 彈體部件對(duì)穿甲能力的影響分析

003號(hào)、005號(hào)、006號(hào)試驗(yàn)彈的飛行過(guò)程和著靶條件滿足試驗(yàn)要求，這3發(fā)試驗(yàn)彈的數(shù)據(jù)見表3，穿甲照片分別見圖4～圖6。由圖可見，只有1#方案的003號(hào)試驗(yàn)彈穿透了150 mm/68°均質(zhì)靶板，2#方案(005號(hào)、006號(hào)試驗(yàn)彈)在穿孔內(nèi)有穿甲彈芯的填塞物，其穿甲入口長(zhǎng)度和寬度均比1#方案大。造成這種結(jié)果的原因從如下兩個(gè)方面來(lái)分析：

圖4 003號(hào)試驗(yàn)彈穿甲照片

圖5 005號(hào)試驗(yàn)彈穿甲照片

圖6 006號(hào)試驗(yàn)彈穿甲照片

1)2#方案彈體附加部分改變了侵徹體質(zhì)心與飛行彈體質(zhì)心的位置關(guān)系，使彈體章動(dòng)引起的翻轉(zhuǎn)力矩對(duì)穿甲的影響加劇。

2)2#方案試驗(yàn)彈附加部分碰擊靶板時(shí)，使后部彈體產(chǎn)生一個(gè)以碰擊點(diǎn)為支點(diǎn)的向上翻轉(zhuǎn)力矩。

上述兩方面的共同作用導(dǎo)致穿甲彈芯折斷，同時(shí)導(dǎo)致穿孔入口邊沿的金屬被嚴(yán)重撕裂飛離，使得入口尺寸增大。因此可見高速動(dòng)能導(dǎo)彈彈體部件形成的附加重量雖然增大了著靶動(dòng)能，但不利于侵徹體(穿甲桿)的穿甲。

3 結(jié)論

文中通過(guò)模擬試驗(yàn)研究了高速動(dòng)能導(dǎo)彈的彈體結(jié)構(gòu)件、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及續(xù)航發(fā)動(dòng)機(jī)等部件的附加重量對(duì)穿甲能力的影響。通過(guò)相似理論設(shè)計(jì)的縮比模擬試驗(yàn)彈在不帶彈體和帶彈體部件兩種情況下的穿甲試驗(yàn)結(jié)果及分析，說(shuō)明高速動(dòng)能導(dǎo)彈在打擊裝甲目標(biāo)時(shí)，彈體部件雖然能增加導(dǎo)彈著靶動(dòng)能，但對(duì)戰(zhàn)斗部侵徹體的穿甲會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響。

因此，在高速動(dòng)能導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)注重穿甲桿與彈體的連接方式，避免發(fā)動(dòng)機(jī)、飛行控制器等彈體部件在碰擊目標(biāo)時(shí)對(duì)穿甲桿產(chǎn)生不利影響。