張林， 陳斌， 譚清華， 張煒， 高頌

(國(guó)防科技大學(xué) 空天科學(xué)學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410073)

0 引言

綜上所述，層疊復(fù)合裝甲試驗(yàn)研究主要集中在抗7.62 mm和12.7 mm小口徑穿燃彈，而14.5 mm穿燃彈彈芯直徑、質(zhì)量和出口速度更大，具有更強(qiáng)的穿甲能力，因此對(duì)輕型裝甲結(jié)構(gòu)和材料提出了更高的要求。目前，有關(guān)抗14.5 mm穿燃彈的復(fù)合裝甲研究較少。武海玲等通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)選用裝甲鋁約束陶瓷面板比裝甲鋼具有更高防護(hù)系數(shù)。高華等通過(guò)復(fù)合靶板抗14.5 mm穿燃彈的DOP試驗(yàn)及數(shù)值模擬，建立了相同面密度下復(fù)合靶板結(jié)構(gòu)等效質(zhì)量防護(hù)系數(shù)回歸模型，并分析了泡沫鋁夾芯厚度以及芳綸纖維位置對(duì)抗彈性能的影響。李煥之研究了傾角變化對(duì)多孔鋼裝甲抗14.5 mm穿燃彈侵徹性能的影響，結(jié)果表明一定范圍內(nèi)彈體入侵傾角越大，偏轉(zhuǎn)越明顯，殘余侵徹能力越弱。

本文首先改進(jìn)了陶瓷層狀復(fù)合裝甲的材料選擇和結(jié)構(gòu)布置，該復(fù)合裝甲包括陶瓷、纖維、金屬、柔性芯材和金屬等材料層；接著開展了復(fù)合裝甲抗14.5 mm穿燃彈侵徹性能試驗(yàn)研究，討論的主要參數(shù)包括面板厚度、有無(wú)芯材和底板材料等；最后基于試驗(yàn)結(jié)果，明晰此結(jié)構(gòu)靶板的抗彈機(jī)理和明確影響抗彈性能的關(guān)鍵參數(shù)，成果以期為該類復(fù)合裝甲抗14.5 mm穿燃彈設(shè)計(jì)提供參考。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 靶板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李全真和王璽設(shè)計(jì)了一種陶瓷復(fù)合靶板結(jié)構(gòu)，主要包括陶瓷面板、復(fù)合背板、柔性芯材和底板4部分，其中陶瓷和復(fù)合背板構(gòu)成復(fù)合面板，并對(duì)此結(jié)構(gòu)抗7.62 mm和12.7 mm穿燃彈侵徹性能進(jìn)行了大量研究，結(jié)果表明加入柔性芯材的陶瓷與金屬?gòu)?fù)合靶板在降低面密度和提高抗多發(fā)打擊能力上有一定優(yōu)勢(shì)。本文在此基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)以用于抗14.5 mm穿燃彈侵徹，如圖1所示。圖1中，復(fù)合面板和底板之間加入抗壓強(qiáng)度和彈性模量很小的柔性芯材，子彈沖擊作用下復(fù)合面板可發(fā)生剛體運(yùn)動(dòng)；復(fù)合面板在非對(duì)稱力作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而彈體產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，不再垂直入侵底板。本文的背板由聚乙烯(PE)和2A12鋁復(fù)合而成，由于PE板波阻抗較小，且吸波效果好，設(shè)置在陶瓷面板和金屬背板之間能降低反射波對(duì)陶瓷的二次沖擊，2A12鋁背板為PE板提供支撐作用，充分發(fā)揮耗能機(jī)制。層間通過(guò)玻纖布和環(huán)氧樹脂膠水粘接，粘接厚度約1 mm，既能起到支撐和約束的作用，又能克服層間接觸面不平整帶來(lái)的不利影響。為了抑制陶瓷面板受到子彈沖擊后裂紋擴(kuò)展，及提高靶板抗多發(fā)彈打擊能力，試驗(yàn)靶板的復(fù)合面板由若干單元拼接而成，單元之間通過(guò)環(huán)氧樹脂粘接，單元平面尺寸為110 mm×110 mm。

圖1 復(fù)合靶板結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)Fig.1 Structural element design of composite target

1.2 靶板材料

陶瓷材料選用效費(fèi)比高且應(yīng)用廣泛的99%AlO防彈陶瓷，由上海建杰陶瓷有限公司生產(chǎn)，密度為3.75 g/cm，壓縮強(qiáng)度為2.0～2.7 GPa。PE板采購(gòu)于湖南中泰特種裝備有限公司，是由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維織成的UD布通過(guò)一定工藝壓制而成的復(fù)合板，纖維密度為0.97 g/cm，軸向抗拉強(qiáng)度2.7 GPa，斷裂延伸率為3.5%。試驗(yàn)中鋁背板采用2A12鋁，由上海赫川金屬材料有限公司提供，密度為2.78 g/cm，屈服強(qiáng)度325 MPa；底板包括7A52裝甲鋁和616裝甲鋼，密度分別為2.85 g/cm和7.80 g/cm，性能均滿足國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB 59.18—88裝甲車輛實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 裝甲板抗槍彈性能實(shí)驗(yàn)相應(yīng)規(guī)范。低密度泡沫選用隔熱性能和粘接性能好的聚乙烯醇(PVA)海綿，密度為0.025 g/cm。

1.3 靶板設(shè)計(jì)與制作

靶板設(shè)計(jì)主要考慮了陶瓷面板厚度、有無(wú)芯材和底板材料3個(gè)因素對(duì)抗彈性能的影響，共設(shè)計(jì)制作了7組試驗(yàn)靶板。陶瓷厚度的設(shè)計(jì)與防御的彈種有關(guān)，彈體直徑通常作為防彈陶瓷厚度設(shè)計(jì)的臨界值。本文設(shè)計(jì)了16 mm、18 mm和20 mm 3種厚度略大于彈體直徑的陶瓷尺寸；復(fù)合背板的厚度匹配設(shè)計(jì)依據(jù)最適優(yōu)化系數(shù)(面板與背板面密度之比)約為1.5，共設(shè)計(jì)了10 mm+10 mm、10 mm+8 mm和8 mm+8 mm 3種不同匹配的PE/2A12鋁復(fù)合背板；底板材料選擇裝甲鋁與裝甲鋼作為對(duì)照，厚度設(shè)計(jì)根據(jù)面密度分別設(shè)計(jì)為15 mm和5.5 mm，具體靶板設(shè)計(jì)方案如表1所示。表1中，H系列為2×2結(jié)構(gòu)單元并列排列的小靶板，如圖2(a)所示；Z系列為4×4結(jié)構(gòu)單元并列排列的大靶板，如圖2(b)所示。

表1 靶板設(shè)計(jì)

圖2 試驗(yàn)靶板Fig.2 Tested targets

靶板制作流程可歸納如下：將底板和背板材料側(cè)面打磨光滑，清洗陶瓷和PE板烘干備用；裁剪和陶瓷面板大小相當(dāng)?shù)牟ＡЮw維布(簡(jiǎn)稱玻纖布)若干，鋪在陶瓷與PE板以及PE與鋁背板之間，用環(huán)氧樹脂膠水粘接起來(lái)后靜置待用，為避免在膠水凝固前發(fā)生滑移，貼邊放入方形容器并在上方加重物固定；切割一塊底板大小的柔性芯材，膠粘于底板上方，然后將復(fù)合面板取出粘接在柔性芯材上方，不設(shè)置柔性芯材的靶板則用膠水和玻纖布粘接；裁剪一張邊長(zhǎng)為底板邊長(zhǎng)1.5倍的玻纖布覆蓋在陶瓷面板上起到約束陶瓷飛濺的作用；在玻纖布上按單元排布編號(hào)，便于記錄。

1.4 試驗(yàn)裝置與方法

侵徹試驗(yàn)采用56式14.5 mm穿燃彈，彈頭結(jié)構(gòu)包括彈頭殼、燃燒劑、鉛套和彈芯，如圖3所示。全彈長(zhǎng)155.80 mm，質(zhì)量200.00 g；彈頭直徑14.50 mm，全長(zhǎng)66.70 mm，質(zhì)量63.44 g；彈芯直徑13.10 mm，長(zhǎng)度53.00 mm，質(zhì)量41.00 g。試驗(yàn)裝置包括彈道槍、測(cè)速系統(tǒng)和靶架等，如圖4所示。圖4中，56式彈道槍槍口距離左側(cè)光幕靶24 m，距離右側(cè)光幕靶26 m，距離試驗(yàn)靶板100 m. 測(cè)速裝置選用激光雙幕電子測(cè)速儀，采用速度(距離槍口25 m處的平均速度)來(lái)標(biāo)定彈頭速度，通過(guò)調(diào)節(jié)放置子彈的恒溫箱調(diào)整發(fā)射速度。試驗(yàn)靶板安裝在靶架上，通過(guò)調(diào)整靶架傾角使穿燃彈垂直入射陶瓷面板，貫穿靶板之后的彈體由吸收靶接收。

圖3 14.5 mm穿燃彈結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of 14.5 mm armor-piercing incendiary projectile

圖4 侵徹試驗(yàn)原理圖Fig.4 Schematic diagram of penetration tests

2 試驗(yàn)結(jié)果

基于前期試驗(yàn)以及文獻(xiàn)參考結(jié)果，本文對(duì)靶板單元進(jìn)行預(yù)分區(qū)，以便控制和描述彈著點(diǎn)。靶板分區(qū)方法如圖5所示：四分之一靶板單元中，中心區(qū)為偏心距小于25 mm的區(qū)域，板邊區(qū)為距離面板邊緣10 mm以內(nèi)的區(qū)域，剩余區(qū)域?yàn)槠膮^(qū)。板邊區(qū)和拼縫位置是單元拼接式復(fù)合裝甲的抗彈薄弱區(qū)域，偏心區(qū)抗彈能力相對(duì)較好，中心區(qū)抗彈能力最佳。本文重點(diǎn)對(duì)偏心區(qū)、板邊區(qū)和拼縫位置進(jìn)行打擊，通過(guò)觀察底板損傷情況評(píng)估不同結(jié)構(gòu)靶板的抗彈能力，并在試驗(yàn)結(jié)束后拆開試驗(yàn)靶板觀察每層材料的損傷變形情況。

公車突然輕踩剎車，腦袋正在欣賞國(guó)畫來(lái)不及下指令給右手拉緊吊環(huán)，于是我失去平衡重心前傾，右臂稍微碰觸到那個(gè)營(yíng)養(yǎng)不良的女生左臂。

圖5 面板分區(qū)示意圖Fig.5 Schematic diagram of panel area division

2.1 底板損傷

鋁合金和裝甲鋼底板損傷情況按照國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB 59.18—88裝甲車輛試驗(yàn)規(guī)程裝甲板抗槍彈性能試驗(yàn)評(píng)估，損傷共分8級(jí)，其中1～4級(jí)為合格損傷，5～8級(jí)為不合格損傷。本文試驗(yàn)著靶彈的入射條件以及底板損傷情況如表2所示。圖6所示為本試驗(yàn)底板出現(xiàn)的5種典型損傷，主要包括：H7-1鋁底板背面凸起，2級(jí)損傷；H1-1鋁底板凸起部位有裂紋，煤油不能滲透，4級(jí)損傷；H7-2鋁底板穿孔，8級(jí)損傷，其中8級(jí)損傷均出現(xiàn)在板邊區(qū)和拼縫區(qū)；鋼底板損傷均為不合格損傷，包括5級(jí)(H5-1靶板)和8級(jí)(H5-2靶板)兩種情況。

表2 入射條件與底板損傷

圖6 典型底板損傷Fig.6 Typical damage of bottom plates

2.2 陶瓷面板損傷

陶瓷脆性強(qiáng)，沖擊荷載作用下裂紋迅速擴(kuò)展，呈錐形破壞，即陶瓷錐；彈著點(diǎn)周圍的陶瓷處于粉碎狀態(tài)且可以觀察到徑向裂隙，定義該區(qū)域?yàn)榉鬯閰^(qū)，離彈著點(diǎn)較遠(yuǎn)處的陶瓷處于斷裂狀態(tài)，稱該區(qū)域?yàn)閿嗔褏^(qū)。當(dāng)彈著點(diǎn)為面板單元中心區(qū)時(shí)，可以形成完整陶瓷錐，說(shuō)明陶瓷抗彈性能得以充分發(fā)揮，如圖7(a)所示。當(dāng)彈著點(diǎn)為面板單元偏心區(qū)時(shí)，可以觀察到完整的粉碎區(qū)，但陶瓷錐不完整，抗彈性能略有下降，如圖7(b)所示。當(dāng)彈著點(diǎn)為板邊區(qū)或拼縫位置時(shí)，粉碎區(qū)無(wú)法完整形成，陶瓷破壞形式為斷裂破壞，對(duì)彈體磨蝕作用很小，防護(hù)能力發(fā)揮不充分，如圖7(c)和圖7(d)所示。

圖7 典型面板損傷Fig.7 Typical damage of ceramic plate

2.3 PE背板損傷

PE背板一方面支撐陶瓷面板，延遲面板的破壞時(shí)間，另一方面是通過(guò)變形吸收彈體和陶瓷碎片能量，主要破壞形式表現(xiàn)為局部鼓包、分層、撕裂和穿孔。當(dāng)彈著點(diǎn)為中心區(qū)時(shí)，彈體被充分磨蝕、鐓粗，完整的陶瓷錐大大增加了作用面積。PE纖維層發(fā)生拉伸變形，部分被拉斷，此過(guò)程大量消耗彈體和陶瓷碎片的動(dòng)能，各層纖維受力大小不同，塑性變形程度不同，出現(xiàn)分層和鼓包現(xiàn)象，如圖8(a)所示。當(dāng)彈著點(diǎn)為偏心區(qū)時(shí)，彈體剩余動(dòng)能較大，纖維材料在高速?zèng)_擊和鋁板約束作用下發(fā)生剪切破壞，PE板穿孔，如圖8(b)所示。當(dāng)彈著點(diǎn)為板邊區(qū)時(shí)，陶瓷面板無(wú)法充分發(fā)揮作用，板邊的纖維發(fā)生剪切破壞，PE板呈現(xiàn)撕裂狀，如圖8(c)所示。當(dāng)彈著點(diǎn)為單元拼縫處時(shí)，彈體和陶瓷碎片使PE背板產(chǎn)生局部變形和分層，撕裂現(xiàn)象不明顯，如圖8(d)所示。

圖8 典型PE背板損傷Fig.8 Typical damage of PE rear plate

2.4 鋁背板損傷

鋁背板的破壞形式主要有局部變形、撕裂和穿孔。當(dāng)彈著點(diǎn)位于中心區(qū)時(shí)，陶瓷和PE作用明顯，彈體不會(huì)直接作用于鋁背板，而2A12鋁合金材料韌性好，通過(guò)鼓包變形吸收剩余的動(dòng)能，如圖9(a)所示。當(dāng)彈著點(diǎn)位于偏心區(qū)時(shí)，彈體可穿透PE背板后仍高速運(yùn)動(dòng)作用于鋁背板，侵徹作用下鋁背板穿孔，如圖9(b)所示。當(dāng)彈著點(diǎn)位于板邊區(qū)時(shí)，鋁背板與PE板類似，在彈體高速?zèng)_擊作用下發(fā)生剪切破壞，呈撕裂狀，如圖9(c)所示。當(dāng)彈著點(diǎn)為單元拼縫處時(shí)，陶瓷和PE板的防護(hù)能力弱，鋁背板在彈體作用下產(chǎn)生局部變形，如圖9(d)所示。

圖9 典型鋁背板和柔性芯材損傷Fig.9 Typical damage of aluminum rear plate

2.5 柔性芯材損傷

低密度泡沫屬于多孔材料，可壓縮性好，為PE/2A12鋁復(fù)合背板的變形提供空間。在穿燃彈剩余彈芯和大變形鋁板的共同作用下破壞形式表現(xiàn)為錐形凹坑，如圖9(a)所示。選用的PVA縮甲醛(PVA海綿)具有良好的粘接性能，且隔熱性能和熱穩(wěn)定性較好，在單發(fā)彈侵徹作用下?lián)p傷區(qū)域直徑略大于彈孔直徑，但是不會(huì)出現(xiàn)大面積燃燒以及脫粘現(xiàn)象，能繼續(xù)發(fā)揮支撐作用和間隔作用，更利于抗多發(fā)彈打擊。

2.6 鋼質(zhì)彈芯損傷

子彈在彈道槍內(nèi)受到撞擊作用后底火燃燒，彈殼內(nèi)的炸藥隨即被點(diǎn)燃造成氣體體積迅速膨脹，彈頭與彈殼分離并以一定速度侵徹靶板。首先與陶瓷面板接觸，彈頭前端擠壓變形，燃燒劑燃燒使彈頭殼破裂，鋼質(zhì)彈芯繼續(xù)侵蝕靶板，陶瓷材料具有高硬度和高壓縮強(qiáng)度，在彈芯沖擊作用下局部形成細(xì)小和堅(jiān)硬的碎塊，彈芯在與陶瓷作用過(guò)程中磨蝕、破碎甚至斷裂，阻力作用下速度大幅降低，動(dòng)能消耗作用明顯。穿過(guò)陶瓷面板，剩余彈體與韌性較好的纖維和金屬材料作用，此過(guò)程主要起到降低彈芯速度的的作用，對(duì)彈芯磨蝕不明顯。試驗(yàn)前后彈芯典型變化情況如圖10所示。

圖10 典型鋼質(zhì)彈芯損傷Fig.10 Typical damage of steel projectile core

3 分析與討論

3.1 侵徹過(guò)程與機(jī)理

結(jié)合各層材料的破壞現(xiàn)象可知，陶瓷復(fù)合靶板抗14.5 mm穿燃彈的侵徹過(guò)程總體上可分為3個(gè)階段：

第1階段，高硬度陶瓷鈍化、磨蝕甚至碎裂彈體(見(jiàn)圖10)，同時(shí)陶瓷由于脆性大，裂紋擴(kuò)展消耗彈體動(dòng)能，此過(guò)程形成陶瓷錐增大作用面積，斷裂形態(tài)以彈著點(diǎn)為中心向四周依次為粉碎區(qū)和斷裂區(qū)(見(jiàn)圖7)。

第2階段，剩余彈體和陶瓷碎片共同作用于復(fù)合背板。PE板在沖擊作用下產(chǎn)生形變，彈芯動(dòng)能部分轉(zhuǎn)化為應(yīng)變能，并形成應(yīng)力波。一部分應(yīng)力波沿面內(nèi)纖維傳遞，當(dāng)纖維應(yīng)變超過(guò)斷裂伸長(zhǎng)時(shí)則被拉斷，另一部分沿法線方向逐層傳遞，在界面處產(chǎn)生反射并形成拉伸波應(yīng)力，當(dāng)波應(yīng)力大于界面斷裂容限時(shí)則出現(xiàn)分層。此過(guò)程消耗的彈體能量由纖維斷裂和分層兩部分構(gòu)成(見(jiàn)圖8)，鋁背板主要發(fā)揮其高強(qiáng)度和高韌性，通過(guò)較大變形持續(xù)與彈體作用充分消耗能量(見(jiàn)圖9)。

第3階段，剩余彈體撞擊金屬底板。柔性芯材的存在延長(zhǎng)了子彈駐留時(shí)間，為彈體偏轉(zhuǎn)提供空間。當(dāng)擊中中心區(qū)時(shí)只有平動(dòng)，擊中偏心區(qū)或板邊區(qū)時(shí)，既有平動(dòng)也有轉(zhuǎn)動(dòng)，平動(dòng)消耗彈體與陶瓷動(dòng)能，轉(zhuǎn)動(dòng)使彈體運(yùn)動(dòng)方向偏轉(zhuǎn)侵徹能力降低，金屬底板主要用于吸收斜入射的剩余彈體，發(fā)生塑性變形或破壞(見(jiàn)圖6)。

3.2 陶瓷厚度匹配對(duì)抗彈性能的影響

陶瓷面板厚度的最佳值與防御的彈種密切相關(guān)，陶瓷厚度與彈芯直徑之比是形成和衡量陶瓷錐的重要參數(shù)。本文試驗(yàn)用的穿燃彈彈芯直徑13.10 mm，AlO陶瓷面板厚度16 mm(H7靶板，陶瓷厚度與彈體直徑比為1.22)時(shí)，偏心區(qū)和板邊區(qū)能被擊穿；AlO面板取18 mm(H2、H4靶板，陶瓷厚度與彈體直徑比為1.38)和20 mm(H1靶板，陶瓷厚度與彈體直徑比為1.53)時(shí)，只有板邊區(qū)不能有效防護(hù)，但是偏心區(qū)抗彈效果前者優(yōu)于后者，如圖11所示。分析原因，陶瓷面板厚度越大，對(duì)彈體的磨蝕和降速作用越明顯，但是厚度越大，所需要的約束也越大，因此陶瓷厚度與約束之間存在一定的匹配關(guān)系。綜上所述，抗14.5 mm穿燃彈打擊時(shí)，復(fù)合靶板抗彈性能隨陶瓷厚度的增加呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的變化趨勢(shì)，陶瓷面板厚度約為1.38倍彈芯直徑時(shí)，抗彈性能較優(yōu)；在此基礎(chǔ)上，可通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化得到陶瓷厚度最佳設(shè)計(jì)值。對(duì)比陶瓷厚度均為18 mm的H2和H4靶板，結(jié)果表明背板匹配在一定程度上的變化對(duì)抗彈性能影響甚微，與文獻(xiàn)[9]結(jié)論一致。

圖11 偏心區(qū)著彈底板損傷等級(jí)Fig.11 Damage grade of bottom plate when hitting the eccentric zone

3.3 芯材設(shè)置對(duì)抗彈性能的影響

H8靶板與Z3靶板在匹配上唯一的區(qū)別就是Z3靶板有芯材，H8靶板無(wú)芯材。H8-1靶板和Z3-1靶板的第1發(fā)彈均擊中1號(hào)、2號(hào)單元拼縫，底板損傷程度差異不大，但是H8靶板所有陶瓷面板均被擊碎，損傷范圍比Z3靶板大得多，如圖12所示，因此設(shè)置柔性芯材的復(fù)合靶板更加有利于實(shí)現(xiàn)抗多發(fā)彈打擊。陶瓷的裂紋擴(kuò)展和飛濺導(dǎo)致彈芯在侵徹過(guò)程中受到非對(duì)稱力作用，而柔性芯材的設(shè)置為子彈的偏轉(zhuǎn)提供空間，延長(zhǎng)了子彈的駐留時(shí)間，偏轉(zhuǎn)后的彈芯在金屬底板上形成非對(duì)稱彈坑，典型情況如圖6(d)所示。彈體偏轉(zhuǎn)對(duì)抗彈性能產(chǎn)生正效應(yīng)，但是底板對(duì)復(fù)合面板的約束力降低，對(duì)于抗彈性能產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，所以兩種靶板的底板損傷差異不明顯。

圖12 拼縫著彈面板損傷Fig.12 Damage of ceramic plate with the gap hit

3.4 底板對(duì)抗彈性能的影響

H4靶板和H5靶板面密度相近，面板和背板匹配相同，僅底板材料不同，可形成對(duì)照組，損傷結(jié)果如圖13所示。H5靶板以5.5 mm裝甲鋼為底板，3發(fā)打擊下無(wú)一發(fā)形成有效防護(hù)；H4靶板以15 mm裝甲鋁為底板，4發(fā)打擊下，其中2發(fā)偏心區(qū)均能有效防護(hù)，2發(fā)板邊區(qū)著靶，1發(fā)形成有效防護(hù)，1發(fā)底板被擊穿。面密度相近的情況下，雖然裝甲鋼屈服強(qiáng)度高于裝甲鋁，但是以裝甲鋼材料為底板的H5靶板底板厚度小于以裝甲鋁為底板的H4靶板，前者抗彈能力明顯弱于后者，這也表明在材料強(qiáng)度滿足一定條件的情況下，底板厚度對(duì)抗彈性能影響較大。

圖13 底板損傷等級(jí)Fig.13 Damage grades of different bottom plates

4 結(jié)論

本文利用層狀復(fù)合裝甲可設(shè)計(jì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)靶板的材料選取和結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)開展抗14.5 mm穿燃彈侵徹試驗(yàn)，分析靶板破壞形態(tài)以及底板損傷結(jié)果，揭示了陶瓷復(fù)合裝甲抗14.5 mm穿燃彈侵徹的機(jī)理，以及對(duì)比不同結(jié)構(gòu)形式的靶板抗彈性能的差異。得出如下主要結(jié)論：

1)子彈侵徹過(guò)程和靶板耗能機(jī)理主要包括：彈體與陶瓷面板接觸后，陶瓷碎裂產(chǎn)生陶瓷錐增大對(duì)背板的作用面積，高硬度陶瓷磨蝕彈體的同時(shí)降低子彈速度；剩余彈體與陶瓷粉末同時(shí)沖擊背板，低密度泡沫支撐能力較弱，背板向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)擊中中心區(qū)時(shí)只有平動(dòng)，擊中偏心區(qū)或板邊區(qū)時(shí)既有平動(dòng)又有轉(zhuǎn)動(dòng)，平動(dòng)消耗彈體與陶瓷動(dòng)能，轉(zhuǎn)動(dòng)使彈體運(yùn)動(dòng)方向偏轉(zhuǎn)侵徹能力降低，PE背板在沖擊作用下纖維層撕裂，分層鼓包，鋁合金背板產(chǎn)生塑性變形；最后已損失大量動(dòng)能的傾斜彈體沖擊底板，底板通過(guò)塑性變形將剩余動(dòng)能消耗，實(shí)現(xiàn)靶板對(duì)彈體侵徹的防護(hù)。

2)陶瓷面板厚度對(duì)抗彈性能影響顯著，抗14.5 mm穿燃彈打擊時(shí)，陶瓷面板厚度約為1.38倍彈芯直徑時(shí)，抗彈性能較優(yōu)，通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化可得到陶瓷厚度最佳設(shè)計(jì)值。面密度相近，陶瓷厚度一定時(shí)，背板匹配在一定程度上的變化對(duì)抗彈性能影響甚微。

3)面密度相近的情況下，裝甲鋁底板厚度較裝甲鋼大，抗彈能力前者明顯優(yōu)于后者，抗彈能力的提高需要強(qiáng)度和厚度的良好匹配。

4)柔性芯材的設(shè)置利用可動(dòng)靶板的偏轉(zhuǎn)機(jī)制，延長(zhǎng)子彈的駐留時(shí)間，增大子彈沖擊底板時(shí)的入射角，底板形成非對(duì)稱彈坑。加入柔性芯材的靶板陶瓷單元損傷面積較小，有利于抗多發(fā)彈打擊。