第7章穿甲弹威力试验.ppt

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穿甲弹丸、战斗部以直接命中目标并主要以其自身的碰击动能毁伤装甲目标，如坦克、舰艇和其它有坚固装甲的防御工事。

概述,穿甲弹的威力常指穿甲弹能在某一距离上穿透某种规定结构、材料、厚度和倾角的装甲目标，并具有对坦克内乘员和设施起毁伤、纵火等后效作用的能力。

其穿透能力的表征量：

有效穿透距离（m）靶板类型、厚度（mm）/法向角。

本章的主要内容：

靶板与靶架、穿甲过渡带与临界速度试验设计、极限穿透速度试验、穿甲威力试验等四部分。

12.7mm机枪子弹弹芯穿透20mm厚装甲钢数值计算,概述,典型的穿甲过程-穿透,12.7mm机枪子弹弹芯侵彻30mm厚装甲钢数值计算,概述,典型的穿甲过程-未穿透,穿甲威力试验的着速在穿甲弹各项威力试验中都测定弹丸着速，而着速的选择与试验目的有关。

对于一定的弹靶系统，着速大小不同的穿透概率不同。

常对穿透概率为50%和90%的弹道着速记为v50和v90，以其大小比较不同穿甲弹的穿甲威力。

我国称v50为临界速度，对v90则采用近似定义的术语极限穿透速度VJ。

概述,影响穿甲威力的主要因素1）穿甲弹弹体材料：

穿甲弹体是穿甲弹的关键部件，其材料和热处理工艺条件直接决定其力学性能和金相组织，从而影响弹丸的穿甲性能。

2）装甲目标试验靶板及靶架方面的试验条件也是影响穿甲威力的重要因素。

在反坦克弹种的靶场试验中，靶板是甲弹（穿甲弹、破甲弹和碎甲弹）射击考核威力性能的目标。

靶板和靶架的质量与安装结构的合理性是影响产品性能的重要因素，尤其在穿甲威力试验中更是如此。

靶板与靶架,靶板甲弹威力试验用靶板，是模拟装甲目标如主战坦克（正面）首上装甲和飞机的防护装甲等抗弹性能的、供弹药考核威力性能用的目标靶。

现代穿甲弹的穿甲能力往往需随新的坦克装甲板的出现而确定其相应的穿甲试验用靶板结构，或直接采用该装甲板结构。

甚至以坦克等实物作为靶试目标。

装甲靶板的分类：

按材料1）金属靶板：

合金靶板、铝合金靶板和钛合金靶板；2）非金属靶板：

玻璃钢靶板、尼龙靶板和陶瓷靶板。

按装甲结构1）单层靶板、间隔靶板、复合靶板、间隔复合靶板和反应装甲靶板等，后四种成为特种装甲系统。

靶板与靶架,靶板与靶架,1）单层靶板按厚度方向机械性能或化学成份是否一致，分为非均质和均质靶板两类。

2）间隔靶板：

在几层（平行）单层板之间具有间隔结构的靶板,靶板与靶架,3）复合靶板该靶板系统是因现代坦克前装甲采用至少包括两种以上不同性能材料（板）组成的多层装甲而产生的。

1-前面钢板；2-玻璃钢板；3-铬钢玉枣板；3-背部钢板,靶板与靶架,4）间隔复合靶板它是由不同性能材料和间隔结构组成的多层装甲靶板。

中间间隔或为空气、或为水、油和各种特殊结构材料。

由于这种靶板的抗弹性能高，它在现代主战坦克装甲研究中受到普遍重视。

靶板与靶架,5）反应装甲爆炸反应装甲是在装甲车体外挂装的扁盒式结构中装有少量炸药，它能被来袭实施攻击的破甲弹或穿甲弹引爆，所产生的爆轰产物或高速破片（或射流）可干扰来袭破甲弹射流以及使来袭穿甲弹弹体改变侵彻方向，减弱或消除来袭弹药对坦克及装甲车辆主装甲的毁伤。

自上世纪六十年代发明以来，爆炸反应装甲在以其优异的性能成为了装甲防护的主要手段，它具有重量轻、体积小、成本低、抗弹能力强等特点。

根据报道用于对付破甲弹的一代反应装甲可使其穿深损失达到30%60%，二代反应装甲可使杆式穿甲弹穿深损失达到16%67%。

我国的爆炸反应装甲研究虽然起步较晚，但发展较快，目前已经发展到四代。

靶板与靶架,反应装甲作用原理,靶板与靶架,反应装甲作用原理,靶板与靶架,反应装甲作用原理,靶板与靶架,反应装甲作用原理,穿甲过度带与临界速度试验设计,装甲靶板的破坏指标,贯穿是指侵彻体完全穿透装甲靶板的现象；穿透是指弹丸着靶后，在靶背面有孔未穿透弹丸侵彻到一定深度又未达到穿透程度者。

临界情况下，这两个试验结果本身没有明显的分界可言，对于靶板破坏指标的问题，下面结合美国的陆军试验操作规程介绍：

陆军型、海军型、和防护型三种失效指标。

该规程给出的两个试验结果是完全侵彻和部分侵彻。

完全侵彻是指弹丸以其规定的破坏程度“摧毁”了装甲；部分侵彻是指弹丸着靶产生的破坏装甲的低于完全侵彻。

穿甲过度带与临界速度试验设计,陆军指标,弹丸充分侵彻装甲产生透光的孔或扩展的裂纹，或弹丸嵌入装甲，并能从靶板背面看见弹丸为完全侵彻，记为CP（A）；靶板背面无凸起，或有凸起但无裂纹，或凸起有裂纹但光线不能透过靶板，为部分侵彻，记为PP（A）。

穿甲过度带与临界速度试验设计,海军指标,弹丸整体或弹丸的主要部分完全穿过装甲者为完全侵彻，记为CP（N），否则为部分侵彻，记为PP（N）,穿甲过度带与临界速度试验设计,防护指标,弹丸能够产生足够的弹丸碎片或装甲碎片来穿透装甲板后面152mm处平行于靶板并牢固安装的验证板者为完全侵彻，记为CP（P）。

若仅弹丸头部穿过装甲，验证板上虽有碎片碰撞的凹陷，但没有穿透验证板，仍为部分侵彻，记为PP（P）。

通常验证板的材料规定为：

对钢、钛和铝装甲，用5052H36铝合金板（厚3.56mm），或用2024T3铝合金板（厚5mm）。

穿甲临界速度V50与穿甲过度带,着速增大，穿透率也增加，为此产生一个从“未穿透”向“穿透”过渡的速度区间，称为穿甲过渡带。

穿甲过度带与临界速度试验设计,穿甲过渡带出现的原因：

1）由于各发弹丸之间存在一定的差异、同一靶板上不同区域的性能不可能完全相同；2）靶板的法向角可能有微小的误差；3）各发弹飞到靶板的弹道不同，并使着靶姿态存在一定的误差。

由v50换算v90,穿甲过度带与临界速度试验设计,由概率与统计学可知，连续的随机变量v的概率分布服从正态分布。

其概率密度函数为：

概率分布函数为：

取标准化随机变量,其概率密度函数为,分布函数为,当v=u时，对应概率F（v）=P（v）pi=0.5，利用上述计算式有：

穿甲过度带与临界速度试验设计,当pi=0.9，查表对应u=1.2818，于是：

这就是穿甲过渡带穿透概率正态分布的v50与v90的关系式，也是临界速度与极限穿透速度的关系式：

其正态分布的标准差为：

穿甲过渡带的着速范围：

穿甲过度带与临界速度试验设计,由上述表达式可知，当pi=0.75，upi=0.6745，得：

由此可见，穿甲弹的着速越高，穿透率就提高。

穿甲过渡带曲线的着速分布范围，理论上是由正态分布概率接近100%处，其物理含义是：

着速vc=vpi落在此范围，其穿甲结果可能是穿透，也可能是未穿透，穿透概率为pi。

然而实际上产生这一过渡带的唯一条件是出现了未穿透的着速高于发生穿透的最低着速。

因此，穿甲过渡带为实际获得的最低穿透着速与最高不穿透着速之差。

同理，当pi=1.00，upi4，得：

临界速度试验设计,升降法,在穿甲过渡带中，着速越大穿透率越高。

因此，在升降法试验中，每当得到未穿透的情况时，下一发应将着速升高一个步长d，即以专用减装药曲线的药量来提高下一发的着速。

若还不出现穿透时，仍需对下一发升高一个着速步长d。

然而当出现穿透时，下一发应降低一个步长d，即减少一个药量增量进行试验。

按此原则，每次升或降一个步长进行试验，如此继续，直到有效发数达到预定数，才停止试验。

，,升降法试验中，要求步长值尽量接近穿甲过渡带的值，且首发试验的着速接近于估计值v50，试验时，首发着速记为v0，选自历次试验结果得到的估计临界速度v50。

升降法步长d也按历次试验结果估计标准差0来定。

记各次着速试验值为,式中，权系数i=0，1，2，,穿甲过度带与临界速度试验设计,每发凡试验结果“成功”记为“1”，试验结果“失效”记为“0”，并列入着速vi试验数据表。

在每个vi水平上统计“成功”发的数目ni，“失效”发的数目mi，总有效试验发为,时，ni不变；当,时,数据表化为,令,计算统计量,一般M值范围在0.3M1.5（或2.0）时，可对试验结果处理并得到最大似然估计,穿甲过度带与临界速度试验设计,加拿大（Candian）法,如果前一发试验结果未出现“成功”，则着速需增加；反之，如果前一发试验结果出现“成功”，则着速需减少，允许每次试验中仔细调整发射药量改变的着速在值附近变化，继续试验，直到有效试验发数达到所选的名义样本量N为止。

如果在起初的（N0+1）发出现相同的试验结果，那么总的试验量将是（N0+N）发，其中N0为无效试验结果数。

对N发有效试验结果，临界速度v50的估计值为,穿甲过度带与临界速度试验设计,此法是由升降法演变而来，适合于穿甲过渡带服从正态分布函数。

试验首发，同升降法，要求其着速尽量接近估计的v50值,穿甲过度带与临界速度试验设计,升降法计算实例,=,=624.7m/s,加拿大法计算实例,穿甲过度带与临界速度试验设计,高低法,一般情况是由试验得到一组试验结果“成功”（穿透）和数量相同的另一组试验结果“失效”（未穿透），按给定的着速差范围确定前者n1发最低穿透的着速和后者n2=n1=n发最高不穿透的着速，由此求出它们的平均速度，即临界速度，有,穿甲过度带与临界速度试验设计,其计算精度基本取决于所选取的的计算发数2n和所给定的着速范围。

该范围以增（减）量步长d的倍数计之，粗略地取d=15m/s。

由上式计算的下列几种试验的估算精度由低向高排列。

1）2发射弹临界速度：

在给定速度差d的范围内有1发穿透和1发不穿透的数据，计算2n=2的平均值即为临界速度。

2）4发射弹临界速度：

在给定着速差1.2d范围内，得到至少2发穿透和2发不穿透数据，就停止试验。

取其中2发最低穿透着速和2发最高穿透着速，以此2n=4的平均着速作为临界速度估算值。

穿甲过度带与临界速度试验设计,3）6发射弹临界速度：

在给定速度差为（1.83）d的范围内有3发穿透和3发不穿透的数据，射击即可停止。

取其中3发最低穿透着速和3发最高穿透着速，以此2n=4的平均着速作为临界速度估算值。

这种试验相对比较精确，一般可用于金属靶板和非金属靶板的临界速度试验，且弹丸的口径大小不限。

4）10发射弹临界速度：

在给定速度差为（2.53）d的范围内有5发穿透和5发不穿透的数据，射击即可停止。

若试验量已为10发，着速差仍大于3d，则应在射击两发：

第一发着速等于已射击发中最低一发穿透着速减去一个步长，第二发着速等于已射发数最高一发未穿透着速加上一个步长。

最后选定12发中5发最低的穿透着速和5发最高的穿透着速代入上述计算式进行计算。

分级采样法（非正态分布）,穿甲过度带与临界速度试验设计,当穿透概率为非正态分布时，不能采用升降法、加拿大法和高低法，可采用分级采样法，又称二项式法，因为每发试验仅存两种结果穿透与未穿透。

试验中，对靶板系统采用固定的着速射击一组射弹。

对估算的穿甲过渡区内的着速分为若干个速度级，在每个速度级都发射一组弹，分别记录穿透与未穿透各发着速，并视为独立事件。

该离散型随机变量的概率函数服从二项式分布。

它的期望值就是该速度级穿透率的点估值，经过若干个速度级试验就可拟合曲线，得到穿透率与速度的关系。

概率单位法（适于正态分布）,该法是对预定N个（N5）速度级的每一级进行一组n（10）发的穿甲穿透试验，统计试验点穿透率。

这一点与分级采样法相同。

但其数据处理仅适合于穿透概率正态分布的情况，在S曲线上求。

极限穿透速度的测定,试验目的,用于鉴定穿甲弹对靶板的贯穿能力以及确定穿甲碰靶试验的着速，或鉴定靶板的抗弹能力。

在穿甲过渡带上，一般以v90表示极限穿透速度，此时极限穿透速度与临界穿透速度的关系式，由临界速度试验法测出v50和概率分布标准差，就可推。

就试验条件而言，临界速度试验与极限穿透速度试验的试验条件基本相同。

极限穿透速度的测定,试验场地与设施,试验用火炮应为堪用以上的火炮，炮身试验状态应在1/2寿命以内；掩体是供射手及参试人员掩蔽的安全设施，一般应设在炮位的侧后方；观察所应设在靶架的侧方、便于观察弹丸着靶情况的安全位置上。

收弹设施用于收集穿过靶板的弹丸残体，对小口径穿甲弹常用砂箱等收弹箱，对大口径穿甲弹则需构筑固定的土围墙。

着速的测定,一般应采用两台测速仪进行着速测定，要求两台仪器测速误差不大于0.5%，并取平均值作为测点速度值。

极限穿透速度的测定,估算极限穿透速度vj,1）普通穿甲弹对法向角接近于零的情况，有,2）普通穿甲弹旋转稳定脱壳穿甲弹的侵彻体同于普通穿甲弹，仍可采用上述计算式；尾翼稳定脱壳穿甲弹对靶板的侵彻体为细长体者，可参考如下公式：

极限穿透速度的测定,第一发射击时可能产生下列情况,1）若弹丸穿透靶板，弹体残余部分落在靶后附近或夹于钢靶内。

并且弹孔接近弹径，此时减速（12）%进行第二发射击，若不穿透，则前一发的着速就作为弹丸极限穿透速度。

若又穿透，则应再减速（12）%直至不穿透，且在靶背面出现凸起或裂纹，则这发的前一发的着速就是极限穿透速度。

确定出极限穿透速度后，再按此速度，复试12发以作验证。

2）若第一发射击穿透钢靶的弹孔较大，余速较大，则减速（23）%进行第二发射击，直至同上述情况相似，确定出弹丸极限穿透速度。

3）若第一发射击不穿过钢靶，看靶背面凸起情况增速（23）%，直至穿透为止。

若不穿透与穿透的着速差不超过2%，则穿透的着速即为极限穿透速度，同上复试12发以作验证。

试验结果评定,1）弹丸命中靶板的有效区，弹孔边缘到靶板边缘的距离不小于100mm，或不小于产品图规定的距离;2）两弹孔边缘的距离大于弹丸直径;3）在弹丸贯穿方向上的穿孔区内，靶板背面无贴近障碍物，如靶框等。

4）弹丸着速与法向角均符合试验规定范围。

5）着靶章动角符合试验规定，一般小于306）靶板背面弹孔处崩落直径小于3倍弹径。

极限穿透速度的测定,同时满足如下条件者为有效射击结果：

无效射击结果：

不满足有效设计结果任一条件者，如重孔、交叉孔等现象均判为“无效射击”。

模拟穿甲弹着靶章动角的测定,穿甲弹在碰击靶钣时，其速度方向即弹丸弹道切线方向（弹丸速度方向）与靶板法线间所夹锐角形成了一个靶角，现称靶试法向角，而穿甲弹弹轴与其速度方向间的夹角即为弹丸章动角（亦称攻角），这是一个空间立体角度，在沿射向的铅垂平面内，我们可测得弹丸的上下俯仰角度；而在沿射向的水平平面内，我们可测得弹丸的左右偏航角度，有了这两个角度，我们就可以测出弹丸着靶时的空间章动角。

穿甲弹的着靶章动角直接影响了它们穿甲深度和穿甲效应。

通常穿甲弹的着靶章动角的异常变化除表征其弹体结构存在某些不合理性外，也有可能反映了火炮本身的质量和射击性能方面的问题，比如身管磨损过大等，当着靶章动角超过一定数量时，穿甲过程就会严重失真甚至失去它的穿甲能力，因此穿甲弹的着靶章动角对研究穿甲弹弹体结构的合理性和检验火炮射击性能都有一定意义。

目前测定弹丸章动角，主要通过照像办法记录弹丸着靶前在互相垂直的两个方向上的飞行角度而获得。

模拟穿甲弹着靶章动角的测定,模拟穿甲弹着靶章动角的测定,发射弹丸后，弹丸穿过同步靶时，给出一个同步脉冲信号输入到红宝石激光器中，经一定延时，红宝石激光器便在弹丸进入前后侧板中心位置时，瞬间发出高亮度的脉冲激光呈现园锥形，照亮弹丸及正侧板和反光镜，从而使打开快门的水平和垂直两方向的照相机底片感光成像，为使影像照得大一些，两台照像机均使用长焦距镜头和35毫米胶片，由于红宝石激光器发出的脉冲激光宽度仅为（40100）ns（lns=109s），在此极短的时间内，飞行弹丸的位移量所引起的底片上影像的模糊度极小，不会影响影像的清晰度。

为防止弹丸碰击钢靶的火光对底片二次感光，所以要把靶板放在靶板洞内或在靶板上方和侧方作一些遮盖。

由于普通照像机上没有可控的高速快门，所以实验要在晚上进行，发射弹丸后，立即关闭照像机快门。

为便于测量底片上的角度，在反光镜水平方向也要设置一条不反射光线的水平基准线条，这样就可以在水平照像机底片上判读出弹丸的上下俯仰角，在垂直照像机上判读出弹丸的左右偏航角，从而计算出着靶章动角。

穿甲弹飞行状态和弹托分离对称性观测,杆式穿甲弹属于超高速穿甲弹，它的飞行状态通常都是在实弹射击中应用分幅高速摄影机和弹道同步摄影机来拍摄的，前者拍摄的画幅数多，可以观察变化过程，后者拍摄的影像大，便于观察细节，但只能拍摄一幅，试验者可根据试验目的和设备情况加以选择。

杆式模拟穿甲弹的飞行状态包括弹丸飞行姿态；弹托分离情况（何时开始分离，分离是否对称，分离时对弹丸飞行姿态有无影响等）；杆体强度情况（是否弯曲或断裂）等等，观察和测量弹丸的飞行状态对研制和改进新型穿甲弹的性能都是必不可少的。

穿甲弹的飞行姿态是指飞行中弹轴在空间的方位，一般只测定弹丸的攻角（章动角）和攻角曲线。

可用纸靶法和照像法来测定。

照像法测出弹丸在铅垂和水平两个方向上的分量，合成后就可测得弹丸的攻角，由于弹丸的攻角随弹丸出炮口后的飞行行程而有规律衰减。

因此需要多台摄影机一字排开，才能测出攻角曲线。

通常受设备限制做不到这些。

在试验中大量使用的是纸靶法（测弹道线摆设几十个纸靶）测量弹丸攻角曲线。

测量方便而且经济，测量精度也能满足使用要求。

穿甲弹飞行状态和弹托分离对称性观测,弹托是杆式模拟穿甲弹获得超高速的基本结构，弹丸飞离炮口后，依靠弹托所受的力，使之逐渐脱离弹体而飞散开来，为了保持弹体的飞行稳定，达到立靶密集度指标，要求诸弹托分离的过程要对称均匀，弹托本体不发生大的变形，为此，需要加以观察和测量。

测量的原理和方法是利用两台分幅摄影机（或弹道同步摄影机）拍摄互相垂直的两上方向上弹托分离的影像，求出每瓣弹托质心到弹轴的距离和方向以及各弹托质心间的夹角，以帮助我们判别在拍摄成像瞬间其弹托分离是否对称均匀。

杆式模拟穿甲弹弹托分离的测量原理和方法,穿甲弹飞行状态和弹托分离对称性观测,如果设备不够，手边只有一台分幅高速摄影机，如图那样求出弹托各质心位置，图中将画幅一分为二，画幅下半部分记录弹丸的侧面像，画幅的上半部分则记录经反光镜反射的弹丸水平影像，然后将照好的底片放影片判读仪上读出各自质心到弹轴的距离，根据每瓣弹托质心在两张底片上的距离就可求得其质心到弹轴的距离和方向。

最后还应指出，无论那种方法，对各个飞散开来的弹托质心在影像上的具体位置只能根据简单的测量和凭经验观察加以确定，为此事先应对弹托的形状、结构和质心位置及其他特征点有所熟悉，以上这些就是观测弹托分离是否对称均匀的一种测量原理和方法。

穿甲弹的威力是靠穿甲效应来衡量的，穿甲效应一般应包括弹体穿透钢甲后其剩余质量和速度的大小；冲塞质量和速度；飞溅的破片、碎渣的数量、质量和速度；穿甲后引起的压力和温度效应；碰撞引起的巨大振动所造成的破坏能力等等，其中弹体剩余速度的大小尤其影响显著。

本实验介绍利用序列脉冲激光高速转镜摄影机记录弹体在靶后的运动状况，以求得靶后弹体剩余速度。

由于弹体碰靶和穿孔后有明亮的火光喷射，用一般高速摄影机难以拍照，而红宝石脉冲激光的亮度高于弹靶碰击火光，因而成为穿甲靶板前后观测的重要光源。

概述,试验原理,估算极限穿透速度,估算弹体剩余速度,穿甲弹靶后弹体剩余速度的测定,穿甲弹靶后弹体剩余速度的测定,实验布局示意图如下所示，当发射弹丸后，杆式模拟穿甲弹弹托被捕获器挡住，弹丸穿过测速靶和时，可测得弹丸飞行速度，以此速度作为弹丸着靶速度。

弹丸继续飞行，穿过同步靶时产生一个同步脉冲讯号输给脉冲激光器，经一定延时，当弹丸快要碰靶时，激光器瞬间发出2030个高亮度序列脉冲激光（脉冲激光的最小时间间隔可达8s）照亮穿靶后的飞行过程。