基于钨丝增强锆基非晶复合材料分段伸出式弹芯高速侵彻机理

The segment-extended projectile, which is based on Wf/Zr based bulk metallic glass matrix composite, is a new kinetic energy rod technology of combining the special penetration effort of the composite with the structure of segment-extended rod. This technology would be able to improve the penetration ability of projectile. The subject will research the high velocity penetration mechanism of the Wf/Zr based bulk metallic glass matrix composite rods and the segment-extended composite rods penetrating into homogeneous steel target plate in the velocity from 1500m/s to 2000m/s. Then the reason which influences the self-sharpening of the new structure composite pprojectile will be felt out. The relationship between the penetration ability and the properties of the composite, geometry size,the structure of projectile, the effect of target and so on also will be studied. The design method of the type of the projectile could be showed and can provide a reference for the integrated design of the high-power projectile which considers the composite properties, the principle of the segment-extended rod structure and the penetration ability.

基于钨丝增强锆基非晶复合材料的分段伸出式弹芯是将材料的特殊侵彻效应与分段伸出式侵彻体结构有效结合,共同实现侵彻能力增益的新型动能杆技术。本课题在1500～2000m/s速度范围内，研究钨丝增强锆基非晶复合材料弹芯和这种材料的分段伸出式结构弹芯对均质钢靶板高速侵彻机理，摸清影响钨丝增强锆基非晶复合材料的自锐性能的因素，揭示分段伸出式弹芯结构穿甲机理，建立这种新型结构弹芯的穿甲威力与钨丝增强锆基非晶符合材料的性能、几何参数、弹芯结构和弹靶作用条件等因素之间的关系，给出此类弹芯的设计方法，为综合考虑材料性能、结构原理及侵彻能力的新型大威力侵彻体的一体化设计提供参考。

项目的研究工作按计划进行并已完成预定研究内容，实现了预期目标，取得了以下5个方面的成果：（1）大长径比钨丝增强锆基非晶复合材料穿甲机理研究：在1300m/s~1700m/s的着靶速度条件下，钨丝增强锆基非晶复合材料弹芯的破坏模式为钨丝的屈曲、回流，一种不同于贫铀合金破坏方式，复合材料的侵彻威力比同等条件下的钨合金高10%以上。同时侵彻过程中锆基非晶合金的释能效果能够产生大量气体，对靶后目标形成二次伤害。（2）小长径比护套+分段结构钨丝增强锆基非晶复合材料弹芯的穿甲机理研究：在1450-2100m/s范围内，该结构弹芯能够体现侵彻“自锐”特性，在1750m/s即可达到最优侵彻效率，远小于钨合金材料；得到了复合材料中裂纹传播规律，可以计算不同条件下最优分段长度和分段数量；但是当长径比小到1时，复合材料不能展现“自锐”优势，侵彻效率反而小于钨合金，证明开坑阶段复合材料侵彻不占优势；进一步证明了护套结构能够增加弹芯的侵彻效率。（3）钨丝增强锆基非晶复合材料穿甲性能受钨丝直径和速度影响研究：通过采用含有不同直径钨丝的复合材料在不同速度条件下进行侵彻试验，发现受钨丝直径和速度影响，复合材料弹芯侵彻过程中钨丝会呈现剪切破坏和屈曲回流两种不同的破坏模式，存在阈值速度使钨丝两种破坏模式转变，钨丝直径越大，阈值速度越高。理论计算两种破坏模式侵彻效果都优于钨合金。（4）伸出式弹芯侵彻机理研究：在1300m/s~1800m/s速度范围内分别建立了伸出式结构弹芯垂直侵彻半无限厚均质装甲钢、斜侵彻有限厚均质装甲钢、斜侵彻半无限厚均质装甲钢的理论模型，同时通过有限元分析软件分别对上述三种情况进行了仿真计算，最后通过试验验证了理论模型以及仿真计算的正确性，同时从理论上证明了伸出式弹芯相对均质弹芯的侵彻增益。（5）钨丝增强锆基非晶复合材料在横向效应弹壳体上的应用研究：通过试验以及仿真计算证明了钨丝增强锆基非晶复合材料应用在横向效应弹上产生的靶后破片尺寸更均匀，数量更多，靶后毁伤效果比钨合金更好。