尾翼稳定脱壳穿甲弹含能金属基材料弹芯技术研究

刘艳君，肖贵林，贾寓词，李 航，黄仁辉

尾翼稳定脱壳穿甲弹含能金属基材料弹芯技术研究

刘艳君，肖贵林，贾寓词，李 航，黄仁辉

(湖南云箭集团有限公司，湖南 长沙，410100)

以尾翼稳定脱壳穿甲弹（APFSDS）的弹芯为研究对象，开展了含能金属基材料特性研究和综合毁伤能力的试验研究。试验结果表明：控制含能金属基材料抗拉强度为900~1 000MPa，延伸率控制为7.8%~10%，既能保证在炮管内发射强度要求，又具有良好的易碎性能；含能金属基材料弹芯的综合毁伤能力明显优于传统的93W合金弹芯，通过穿甲/侵彻、破片杀伤和含能材料爆炸效应多重毁伤的联合作用方式，可大幅度提升穿甲弹的综合毁伤效能。

穿甲弹；含能金属基材料；破片；抗拉强度；延伸率

尾翼稳定脱壳穿甲弹通常称为杆式穿甲弹，其弹芯是穿甲作用的主体，是关键部件，弹芯材料的性能及结构决定了穿甲弹的穿甲能力[1]。目前弹芯材料多采用高密度、高强度的钨合金或贫铀合金材料，虽然穿甲能力大幅度提升，但穿甲后无后效毁伤效应，即使命中目标也容易出现“击而不毁”的情况。而含能金属基材料是将易碎钨合金与含能材料有机地结合，它不但能够使次口径脱壳穿甲弹继续保持高初速优势，而且由于充分利用了弹芯材料自身破碎特性，在不需炸药或引信的情况下，还可以产生像榴弹那样的破片效果[2-5]；同时，因冲击载荷含能材料激活，发生放热式反应，产生燃烧温度达3 000℃的纵火效应，可形成爆炸冲击、超压、引燃（爆）等综合杀伤因素[6-8]。

本文制备了4种不同配比的含能金属基材料，通过静态性能和动态特性试验，研究了适用于穿甲弹弹芯的材料性能参数；并以小口径尾翼稳定脱壳穿甲弹为研究对象，进行了穿甲性能、破片杀伤性能、引燃性能、引爆性能等对比试验研究，为多功能毁伤尾翼稳定脱壳穿甲弹的研制提供理论和数据支撑。

1 弹芯材料特性研究

含能金属基材料是运用现代粉末冶金技术，将钨、镍、铁、钴、锰以及某稀土金属等金属材料按一定比例烧结而成，通过配方中钴/镍比的不同，调整材料的抗拉强度与抗压强度。材料特性主要包括密度、动态压缩强度和拉伸强度等参数，通过调整不同的配方和参数，制备出4种含能金属基材料（分别编号为W-1，W-2，W-3，W-4），进行静态性能试验和动态特性试验研究。

1.1 静态性能试验

按照标准GB 228-1987金属压缩、拉伸和冲击试验方法进行材料拉伸、压缩试验。环境温度为10℃，相对湿度为60%。试件的横截面直径为5mm，长度为25mm。拉伸试验结果如表1所示。

表1 含能金属基材料拉伸、压缩试验结果

Tab.1 Tensile and compression test results of reactive metal materials

1.2 动态特性试验

试验采用小口径弹道炮作为发射装置，按GJB 3197-1998 炮弹试验方法方法501[9]进行结构强度试验。射击时平均膛压要求达380~400MPa。在距离弹道炮10m处竖立纸靶以观测弹芯出炮口后的飞行姿态。结构强度试验结果见表2，试验现场见图1。

表2 结构强度试验结果

Tab.2 The result of structural strength experiment

根据试验结果，弹芯材料密度越高，则拉伸强度和延伸率越低，其中延伸率波动较大，抗压强度无明显变化。理论上抗拉强度和延伸率较低时，弹芯具备较好的易碎性能，但同时在炮管内强过载冲击下易出现弹芯断裂的情况。

图1 W-1、W-2、W-3、W-4弹芯纸靶穿孔情况

W-1、W-2弹芯均发生断裂、横弹现象，表明抗拉强度小于900MPa，延伸率应小于7.8%时，弹芯无法满足射击强度要求，因此使用W-3、W-4弹芯开展后续研究。

2 穿甲后效及毁伤威力试验

试验采用小口径弹道炮进行射击，分别进行破片、穿甲、引燃以及引爆性能试验，进行毁伤威力验证，弹芯分为3种状态：W-3、W-4和93钨合金，如图2所示。

2.1 破片杀伤试验

距炮口50m处设置靶标，靶标为8层2mm 2A12-T4后效铝板，间距300mm，后效铝板尺寸为1 000mm× 1 000mm。弹芯以(900±50)m/s的速度垂直撞击靶标。破片穿孔数统计结果见表3，3种状态的弹芯分别撞击第8块铝板时的破片后效对比见图3。

图2 试验使用的弹丸及全弹

图3 W-3、W-4、93W弹芯分别撞击第8块铝板后效对比图

表3试验结果表明：在（900±50）m/s着靶速度条件下，W-3弹芯产生的破片穿孔总数最多，易碎性能最好，平均破片穿孔总数达518个，W-4弹芯易碎性能次之，而93W弹芯穿透8层铝板基本不形成破片，说明抗拉强度和延伸率较低时，易于破片的产生。

表3 破片穿孔数统计表

Tab.3 Statistical table of perforations

2.2 穿甲性能试验

距炮口50m处设置靶标为45mm 603钢板，钢板尺寸为1 000mm×1 000mm。弹芯以（1 200±50）m/s的速度，着角45°撞击靶标。对W-3、W-4、93W弹芯分别进行了3发试验，穿甲效果如图4所示。

图4 W-3、W-4、93W弹芯分别穿透45mm/45° 603钢板

试验结果表明，在着靶速度（1 200±50）m/s条件下，W-3、W-4、93W弹芯均能有效穿透45mm/45°603钢板，表明弹芯在密度、抗压强度相当的情况下，穿甲能力基本一致，与拉伸强度和延伸率相关度较低。

2.3 引燃性能试验

距炮口50m处设置靶标，靶标为2mm 2A12-T4铝板，在其后放置10L盛满航空煤的油箱，铝板与油箱之间间隔300mm。弹芯以（950±50）m/s的速度垂直撞击靶标，对W-3、W-4、93W弹芯分别进行了3发引燃性能试验，试验结果见表4，试验现场见图5。表4试验结果表明，在着靶速度（950±50）m/s条件下，3发W-3弹芯均有效引燃了铝板后的航空煤油，而3发W-4弹芯有1发未引燃，3发93W弹芯均未引燃。

图6为射击后回收的油箱状态，由图6可以看出，W-3弹芯击中靶标后油箱完全被撕裂，表明弹芯内含能材料被完全激活；W-4弹芯击中油箱后有1发未引燃，油箱部分被撕裂，说明弹芯内的含能材料只有部分被激活而反应不充分；93W弹芯击中油箱后只形成穿孔，未形成油箱撕裂。因此，含能金属基材料弹芯的引燃性能明显优于93W弹芯。

表4 引燃性能试验结果

Tab.4 The result of ignition experiment

图5 W-3弹芯引燃航空煤油箱效果图

2.4 引爆性能试验

距炮口50m处布置靶标，靶标为50mmQ235钢板，在其后放置B炸药靶弹，靶标布置状态如图7所示。靶弹壳体厚度为7mm，装药为B炸药，装药量2.3kg，装药密度1.65g/cm3。弹芯以（950±50）m/s的速度、45°着角撞击靶标，对W-3、W-4、93W弹芯分别进行了3发试验，试验结果如表5所示。

表5 引爆性能试验结果

试验结果表明：着靶速度（950±50）m/s条件下，W-3、W-4弹芯穿透50mm/45°Q235A钢板后，均有效引爆靶后B炸药靶弹，而3发93W弹芯均未引爆靶后B炸药靶弹，说明含能金属基材料弹芯的引爆性能完全优于93W钨合金弹芯。W-3弹芯引爆毁伤效果如图8所示，W-3、93W弹芯引爆试验后回收的靶弹破片及壳体见图9。

图7 B炸药靶弹布置图

图8 W-3弹芯引爆毁伤效果图

3 结论

本文以尾翼稳定脱壳穿甲弹为应用研究对象，开展了含能金属基材料特性研究，对含能金属基材料弹芯与传统93W合金弹芯的穿甲、破片、引燃、引爆等综合毁伤能力进行对比试验研究，得出如下结论：

（1）影响含能钨材料在尾翼稳定脱壳穿甲弹中适应性的主要参数为抗拉强度和延伸率，其抗拉强度应大于900MPa，延伸率应大于7.8%。

（2）W-3弹芯的破片性能优于W-4弹芯，因此，含能金属基材料抗拉强度控制在900~1 000MPa范围，延伸率控制在7.8%~10%范围，既保证了在炮管内发射强度要求，又具有良好的破片杀伤性能。

（3）含能金属基材料对于燃油、炸药的引燃引爆性能均大幅度优于传统93W钨合金弹芯。含能金属基材料弹芯通过穿甲/侵彻、破片杀伤和含能材料爆炸效应多重毁伤的联合作用方式，可大幅度提升尾翼稳定脱壳穿甲弹的综合毁伤效能。

[1] 贾福庆.小口径易碎型穿甲弹穿甲毁伤特性研究[D].南京:南京理工大学,2009.

[2] 王洪林.小口径弹药技术发展趋势分析[J].长安科技,2005, 11(3):28-29,31,53.

[3] 杨彬.次口径易碎脱壳穿甲弹弹芯材料技术研究[J].铸造设备研究,2015(1):40-42.

[4] 隋树元.终点效应学[M].北京:国防工业出版社,2007.

[5] 杜忠华,沈培辉.钨合金易碎材料动态穿甲特性试验研究[J].弹道学报,2006,4(18):51-53.

[6] 余庆波.活性破片战斗部威力评价方法[J].北京理工大学学报,2012,7(32):661-665.

[7] N Council. National research council Washington DC navalstudies board 2002 assessment of the office of naval research’s air and surface weapons technology program [R].ADA 413237, 2002.

[8] 李旭锋.含能破片对模拟战斗部的引爆机理研究[D].南京:南京理工大学,2006.

[9] GJB 3197-1998炮弹试验方法[S].国防科学技术工业委员会,1998.

Research on Post-effect of Reactive Tungsten Alloy Material of APFSDS

LIU Yan-jun, XIAO Gui-lin, JIA Yu-ci, LI Hang, HUANG Ren-hui

(Hunan Vanguard Group Co.Ltd., Changsha, 410100)

Taking armor piercing fin-stabilized discarding sabot (APFSDS) as the main research project, the post-effect experiment and performance of the reactive tungsten alloy material were carried out. The results show that as controlling the tensile strength from 900MPa to 1 000MPa and elongation from 7.8% to10%, not only the emission intensity requirements can be ensured, but also good destructive energy can be obtained. The damage ability of this ammunition is obviously superior to the traditional 93W ammunition, which greatly improves the power of armor piercing ammunition through combining effects of armor piercing, fragmentation and explosion effect.

Armor piercing ammunition；Reactive tungsten alloy material；Fragment；Tensile strength；Elongation

TJ413.+2

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2019.05.005

1003-1480（2019）05-0019-04

2019-08-03

刘艳君（1988 -），男，工程师，主要从事战斗部毁伤技术研究。