第 3 3卷

第 4期

弹

箭

与

制

导

学

报

Vo 1 . 3 3 NO . 4

2 0 1 3年 8月

J o u r n a l o f P r o j e c t i l e s, R o c k e t s,M i s s i l e s a n d G u i d a n c e

Au g 2 01 3

等动能长杆弹侵彻行为的研究及优化设计 高光发，李永池，刘文平，王道荣 ( 1安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南 2 3 2 0 0 1;

2煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室，安徽淮南 3中科院材料力学行为和设计重点实验室，合肥

2 3 2 0 0 1; 4 7 1 0 0 0;

2 3 0 0 2 7; 4 9 6 2 6 3部队，河南洛阳 1 0 0 0 7 6 )

5试验物理与计算数学国家级重点实验室，北京摘

要：为了提高长杆弹的侵彻效率，针对长杆弹对半无限靶板的垂直侵彻行为，分析了影响侵彻深度的主要

因素，并利用经验公式和商业数值软件研究了各因素对侵彻深度的影响规律和机制。研究表明：当弹体的总动能一定时，存在一个长径比、入射速度、弹体旋转速度，使得该种长杆弹的侵彻深度达到最大值，并对已知总动能的情况下如何求解和优化设计这些参数进行了说明。 关键词：侵彻力学；优化设计；长径比；长杆弹 中图分类号： 03 8 5 文献标志码： A

The S t u d y o n Pe n e t r a t i o n o f Co n s t a n t Ki n e t i c En e r g y Lo n g - r o d Pe n e t r a t o r a n d Op t i ma l De s i g n GAO Gua n g f a , LI Yo n g c h i,LI U W e n pi ng,W ANG Da o r o n g

( 1 S c h o o l o f E n e r g y a n d S a f e t y,A n h u i Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y, An h u i Hu a i n a n 2 3 2 0 0 1,C h i n a; 2 Ke y La b o r a t o r y o f S a f e a nd Ef ic f i e nt Ex pl o i t a t i o n

i n Co a l Mi ni n g o f Mi ni s t y r o f Ed uc a t i o n,An hu i Hu a i n a n 2 32 0 01,Chi na; 3 CAS Ke y La b o r a t o r y o f Me c h a n i c a l Be ha v i o r a n d De s i g n o f Ma t e r i a l s,He f e i 2 3 00 2 7, Chi n a; 4 No.96 2 63 Uni t,Hen a n Luo y a ng 4 7 1 00 0,Ch i na;

5 Na t i o n a l K e y L a b o r a t o r y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o n T e s t P h y s i c s a n d Nu me r i c a l Ma t h e ma t i c a l, Be i j i n g 1 0 0 0 7 6,C h i n a ) Abs t r ac t:To i mp r o v e t h e p e n e t r a t i o n e f ic f i e nc y o f l o n g— r o d pe ne t r a t o r,i n v i e w o f l o ng— r od pe n e t r a t o r v e r t i c a l l y p e ne t r a t i ng s e mi— i n ini f t e t a r g e t,k e y f a c t o r s a f f e c t i n g t he p e n e t r a t i o n d e p t h we r e a n a l y z e d,a nd e f f e c t me c h a n i s m o f t h e f a c t o r s o n p e ne t r a t i o n d e p t h was s t ud i e d wi t h e mpi r i c a l f o r mul a de d u c e d f r o m e x pe r i me nt s a nd n ume r i c a l s i mul a t i o n s . Th e r e s ul t s s h o w t h a t i f i n i t i a l k i ne t i c e ne r g y o f t h e l o n g— r o d p e n e— t r a t o r i s c o n s t a n t。t he o p t i ma l v a l u e s o f a s p e c t

r a t i o,i n ci d e n t v e l o c i t y,r o t a t i o n v e l o c i t y e xi s t,whe n t he ma x i mu m de pt h i s o b t a i n e d,a n d a s t he v a l u e s o f t h e s e f a c t o r s c h a n g e, t he p e n e t r a t i o n d e p t h wo u l d d e c l i n e. Ho w t o o b t a i n a n d o pt i mi z e t he s e v a l ue s wa s p r o v i de d . Ke ywor d s: p e n e t r a t i o n me c h a ni c s;o p t i mi z a t i o n d e s i g n; a s p e c t r a t i o;l o ng r o d p e n e t r a t o r

弓 I言 0 长杆弹侵彻问题已得到广泛的研究，事实上，长 杆弹侵彻深度 P的影响因素主要有弹体的密度 P p、弹

P

p 、p, 1 2 t; p t E p : l￣

Et ; ,一

,

,一

,

t

( r t pp

1 ( 1 )

P/ L 即侵彻效率，对于某种特定的弹体材料和靶 板材料而言，可将上式简化为：

性模量 E p,泊松比 l, 、长度 p、直径 D 、等效屈服强度

o r p、侵彻速度和靶板的密度P 、弹性模量 E 、泊松比 、

/ L一 I— D’ / 一

pp V 2 p

f 2、

等效屈服强度 o r .¨ ,以弹体密度、长度以及靶板

因此 ,

此时影响弹体侵彻深度的主要因素是弹体弹体的初始动能和弹体的长度。 P t。 m

的等效屈服强度为基本量，可知：

的长径比 、

利用T a t e模型理论分析了等长径比等动能弹体 (等动 }收稿日期： 2 01 2一l 2—2 8

基金项目：国防 9 7 3项目；国家自然科学基金 ( 1 0 6 3 2 0 8 0 );国家自然科学基金 ( 1 0 5 7 2 1 3 4, 1 1 1 2 0 2 2 0 6 );高等学校博士学科点专项科研基金 ( 2 0 1 2 3 4 1 5 1 2 0 0 0 1);中国博士后科学基金 ( 2 0 1 1 M 5 0 1 3 9 4);国防科技重点实验室基金 ( 5 1 4 5 3

0 3 0 2 0 5 Z K 0 1 0 1 );安徽省自然科学基金 ( 1 2 0 8 0 8 5 Q E 8 6);安徽省高校省级优秀青年人才基金重点项目 ( 2 0 1 2 S Q R L 0 4 9 Z D);安徽省高校省级优秀青年人才基金 ( 2 0 1 0 S Q R L 1 6 4 );安徽理工大学博士基金 ( 2 0 1 1 Y B O 0 7 )资助作者简介：高光发 ( 1 9 8 0一),男，湖北黄冈人，副教授，博士，研究方向：冲击动力学。