高速動能導彈穿甲毀傷模擬試驗研究*

鄒 勇，胡國懷，周喻虹，劉廷國

(1 國防科技大學空天科學學院， 長沙 410073； 2 西安現代控制技術研究所， 西安 710065)

0 引言

高速動能導彈是精確制導與動能穿甲毀傷技術相結合的一種新型的反坦克導彈武器系統，與傳統反坦克反裝甲導彈相比，它依靠超高速飛行獲得巨大動能，利用重金屬穿甲桿戰斗部，完成對裝甲目標的打擊。由于其對目標裝甲變化不敏感，因此可有效摧毀具有主動防護系統(APS)的復合裝甲、間隔裝甲、反應裝甲(ERA)等新型裝甲目標。在威力方面，以美國的高速動能導彈為例，其巨大的動能殺傷力，甚至可以摧毀第四代主戰坦克，是未來戰爭突破新型防護裝甲的殺手锏，是名符其實的現代主戰坦克的克星[1]。

在我國現有的反坦克武器裝備體系中，尚無高速動能導彈武器裝備，正在開展相關技術的研究工作。傳統的反坦克導彈依靠戰斗部裝藥的化學能穿透裝甲，高速動能導彈屬于新型毀傷機理的制導彈藥，其戰斗部為一個大長徑比的重金屬穿甲桿，它與尾翼穩定脫殼穿甲彈彈芯結構基本相同，因此可以認為高速動能導彈與尾翼穩定脫殼穿甲彈具有基本類似的毀傷機理[2-5]。尾翼穩定脫殼穿甲彈發射后，彈托在幾十毫秒內分離，碰擊目標時只有重金屬穿甲彈芯，而高速動能導彈碰擊目標時除重金屬桿外，還存在包裹在穿甲桿外的導彈殼體、控制執行機構以及續航發動機等部件。這些部件的存在一方面會增加導彈的著靶動能，另一方面會造成穿甲桿穿甲方向傾斜、姿態改變，這些對高速動能導彈的穿甲能力造成的影響，需開展試驗研究[6]。

針對以上問題，文中所涉試驗采用彈道炮作為試驗平臺，采用相似理論設計了縮比模擬試驗彈，重點研究了模擬試驗彈在不帶彈體和帶彈體部件兩種情況下對穿甲能力的影響。

1 試驗方案

試驗系統包括模擬試驗彈、彈道炮和測試設備。試驗彈為被試品，用于研究兩種情況下的穿甲能力，彈道炮為發射平臺，提供試驗要求的中靶速度，測試設備為高速攝像機，主要測試試驗彈脫殼情況、飛行姿態和中靶速度。

1.1 模擬試驗彈方案

采用相似理論設計方法，設計了1#和2#兩種方案的縮比模擬試驗彈，試驗彈外形分別如圖1和圖2所示，1#方案試驗彈為將飛行部分縮比后的120 mm脫殼穿甲彈。2#方案試驗彈是在1#方案基礎上附加了相當于高速動能導彈部件縮比質量的120 mm脫殼穿甲彈，其鎢合金穿甲彈芯與1#方案相同。試驗彈的結構參數見表1。

圖1 1#方案試驗彈

圖2 2#方案試驗彈

方案結構參數試驗彈長度/mm鎢合金長度/mm飛行部分質量/kg試驗彈總質量/kg1#5425151.874.862#9055155.329.02

1.2 試驗現場布置方案

試驗采用120 mm彈道炮平射的方法，射擊距離為150 m，試驗現場布置見圖3。在距炮口15 m處布置高速攝像機用于拍攝試驗彈的飛行姿態及脫殼情況；在距炮口40 m布置高速攝像機用于測量試驗彈的飛行速度，在距目標40 m處布置兩套高速攝像機用于測量試驗彈的著靶速度；在彈道上適當的距離布置了10張紙靶，用于觀察試驗彈的章動規律。

圖3 試驗現場平面布置圖(俯視)

2 試驗結果與分析

2.1 穿甲試驗結果

該試驗先后共進行了上述2種方案共計7發模擬試驗彈的穿甲試驗，試驗結果見表2。

表2 穿甲試驗結果統計

001號、004號試驗彈未完全脫殼，002號、007號試驗彈產生了彈跳現象，其他試驗彈均飛行正常。試驗結果只用1#方案的003號試驗彈在著靶速度1 350.1 m/s時穿透了150 mm/68°均質靶板，2#方案試驗彈在相近的著靶速度時未能穿透。

2.2 極限穿透速度計算

計算模擬試驗彈穿甲桿對150 mm/68°均質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為彈丸飛行部質量(kg)；α為靶板傾角((°)，垂直時為0°)；k為反映靶板的機械性能與彈頭材料特征系數k=bσ，b與彈體材料有關，隨彈芯材料變化而變化，σ與靶板材料性能及厚度有關且隨其變化；z為隨被穿靶板厚度變化的指數；

n為隨α變化的指數(z，n隨α變化)。

計算結果，試驗彈穿甲桿對150 mm/68°均質靶板的極限穿透速度為1 085.8 m/s，可見7發試驗彈的著靶速度均大于極限穿透速度。

2.3 彈體部件對穿甲能力的影響分析

003號、005號、006號試驗彈的飛行過程和著靶條件滿足試驗要求，這3發試驗彈的數據見表3，穿甲照片分別見圖4～圖6。由圖可見，只有1#方案的003號試驗彈穿透了150 mm/68°均質靶板，2#方案(005號、006號試驗彈)在穿孔內有穿甲彈芯的填塞物，其穿甲入口長度和寬度均比1#方案大。造成這種結果的原因從如下兩個方面來分析：

圖4 003號試驗彈穿甲照片

圖5 005號試驗彈穿甲照片

圖6 006號試驗彈穿甲照片

1)2#方案彈體附加部分改變了侵徹體質心與飛行彈體質心的位置關系，使彈體章動引起的翻轉力矩對穿甲的影響加劇。

2)2#方案試驗彈附加部分碰擊靶板時，使后部彈體產生一個以碰擊點為支點的向上翻轉力矩。

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

3 結論

文中通過模擬試驗研究了高速動能導彈的彈體結構件、控制執行機構以及續航發動機等部件的附加重量對穿甲能力的影響。通過相似理論設計的縮比模擬試驗彈在不帶彈體和帶彈體部件兩種情況下的穿甲試驗結果及分析，說明高速動能導彈在打擊裝甲目標時，彈體部件雖然能增加導彈著靶動能，但對戰斗部侵徹體的穿甲會帶來負面影響。

因此，在高速動能導彈的結構設計中，應注重穿甲桿與彈體的連接方式，避免發動機、飛行控制器等彈體部件在碰擊目標時對穿甲桿產生不利影響。