爆炸成形弹药型罩材料的现状和趋势

在战场上的应用， 对其材料特性及在爆炸成形弹上的应用进行分析。
关键词： 破甲弹； 爆炸成形弹丸； 综述； 药型罩； 高密度金属； 侵彻
中图分类号： ＴＧ１４６
文献标识码： Ａ 文章编号：１００４－ ２４４Ｘ（ ２００７） ０２－ ００８５－ ０４
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ ｓｈａｐｅｄ ｃｈａｒｇｅ ｌｉｎｅｒ ｆｏｒ ＥＦＰ
钽因其密度高（ １６．６ ｇ／ｃｍ３） 和良好的动态特性， 是 国外研究主要用于爆炸成形弹药型罩的一种材料。现 在已经作为一种新型罩材， 用来制造爆炸成形弹的罩。
第２期
高晓军等： 爆炸成形弹药型罩材料的现状和趋势
８７
试 验 表 明 ， 钽 的 侵 彻 性 能 大 约 比 铁 、铜 的 高 ３０％ 以上。例如， 在相同质量、相同长细比（ Ｌ ／Ｄ＝４） ， 弹丸速 度 ２ ０００ ｍ ／ｓ 时， 对均质装甲钢板（ 硬度 ３２０ ＨＶ， 屈服 强度 １ ０５０ Ｎ ／ｍｍ２） 的侵彻深度， 钽制弹丸为 １６０ ｍｍ， 而铜或铁制的仅为 １２３ ｍｍ。在恒定的撞击能量（ ２ ｍＪ） 时， 对前述均质装甲钢板的最大侵彻深度的最佳侵彻 速 度 范 围 ， 钽 制 弹 丸 （ 长 细 比 Ｌ ／ Ｄ＝３～４） 的 为 １ ８００～ ２ ２００ ｍ ／ｓ， 而 延 性 铁 （ 长 细 比 Ｌ ／Ｄ＝５～６） 的 则 要 高 出 ４００ ｍ ／ｓ。同样地， 在 ２ １５０ ｍ ／ｓ 撞击速度上， 长细比 Ｌ ／ Ｄ＝３ 的钽制弹丸的侵彻深度 与 长 细 比 Ｌ ／Ｄ＝６ 的 延 性 铁制弹丸的相同， 大约为 １４４ ｍｍ［６］。
近年来， 低成本材料如铜、银、铁用于制造 ＥＦＰ 药 型罩重新受到人们的重视。研究已制成长径比接近 １．３ 的铜、铁、银 ＥＦＰ。其中， 铜 ＥＦＰ 的长径比为 １．２７， 不包 括头部断裂的小碎片。铁、银 ＥＦＰ 最长， 其长径比大于 １．５， 均断裂成 ２ 段或 ２ 段以上。
研究结果表明， 采用低密度铜、铁材料制造大长径 比 ＥＦＰ 是可行的， 而且， 已大量地得到运用。实践已证 明 ＥＦＰ 弹丸的长径比大于 １， 尽管低密度材料药型罩 ＥＦＰ 可以获得与钽药型罩 ＥＦＰ 相近的弹丸长度， 但这 些材料因其密度较低， 其对装甲的侵彻能力要比钽低 得多。然而， 在战斗部尺寸远大于靶板目标， 以及降低 系统成本更重要的情况下， 采用低成本的铜、铁或银可 能更合适。 １．２ 钽
＊ 收稿日期： ２００６－ ０４－ ２１； 修回日期： ２００６－ １０－ １８ 基金项目： 总装备部“十五”预研项目（ ４１３１２０２０４０４） 作者简介： 高晓军（ １９６７－ ） ， 男 ， 在职工程硕士研究生， 工程师。联系电话： ０５３５－ ６８９０６５２， Ｅ－ ｍａｉｌ：ｊｉｈｕａ５２＠ｔｏｍ．ｃｏｍ。
金属药型罩
起爆装置
高性能炸药
图 １ ＥＦＰ 概念简图 Ｆｉｇ．１ Ｂｒｉｅｆ ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｌｙ￣ｆｏｒｍｅｄ
ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ （ＥＦＰ）
与破甲射流相比， 爆炸成形弹具有远距离保持效 能的优点。与普通破甲弹相比， 有以下特点： １） 对炸高 不敏感， 能在 １ ０００ 倍弹径的炸高范围内均可有效侵 彻目标； ２） 由于它的长细比小， 反应装甲对其干扰小； ３） 侵彻后效大， 爆炸成形弹丸侵彻时大部分进入坦克 内部（ 可达 ７０％以上） ， 而且在侵彻的同时坦克装甲内 侧大量崩落， 崩落部分质量可达弹丸质量的数倍， 形成
爆炸成形弹用药型罩要求采用高纯度的材料， 微 量元素对罩材的物理性能有较大的影响， 最终影响弹 丸的侵彻深度。钽的纯度对材料的强度、晶体结构和爆 炸成形弹丸（ ＥＦＰ） 的长度有 影 响 ， 因 此 在 钽 的 制 备 过 程中， 需严格控制钽的纯度。
德国的 ＳＭＡｒｔ１５５ ｍｍ 末敏弹， 是当今世界最先进 的炮射末敏弹之一。该弹采用薄壁结构， 其敏感装置有 较高的抗干扰能力， 在地面有雾或恶劣环境下仍可正 常工作。该弹使用高密度钽药形罩， 所产生的穿透力比 铜质药形罩提高 ３５％， 在最大射程上仍可确保击穿坦 克的顶装甲［６］。
爆炸成形弹（ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｌｙ￣ｆｏｒｍｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ，ＥＦＰ） 是 反坦克弹药的一个新支， 可以归类于破甲弹， 但又与普 通形成高速射流的破甲弹不同。图 １ 和图 ２ 显示的是 爆炸成形弹（ ＥＦＰ） 利用聚能 原 理 ， 通 过 炸 药 装 药 的 爆 轰作用， 使高温高压的爆轰产物作用于大锥角药型罩、 球缺形药型罩或双曲线形药型罩， 使罩材发生极大地 塑性变形而被压垮、翻转形成的一个具有较高质心速 度（ １ ５００ ～３ ０００ ｍ／ｓ） 和一定结构形状的弹丸， 从而可 以以动能侵彻目标［１］。该弹的外弹道和终点弹道的特性 类似于穿甲弹。因此， 它是集破甲和穿甲于一体的一种 新型弹丸［２］。
ＧＡＯ Ｘｉａｏ－ ｊｕｎ， ＸＵ Ｈｏｎｇ， ＧＵＯ Ｚｈｉ－ ｊｕｎ， ＬＩＮ Ｙｏｎｇ
（１．Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎｉｎｇｂｏ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｙａｎｔａｉ ２６４００３，Ｃｈｉｎａ）
国内外在爆炸成形弹药型罩材料的研究及应用方 面进行 了 大 量 的 工 作， 取 得 了 很 大 的 进 展 ， 对 铁 、铜 、 钽、铀、钼、银等药型罩材料都进行了研究。
良好的爆炸成形弹丸要求药型罩材料具有高的动 态延展性、高密度及细晶粒结构， 形成完整的弹丸。对 新型药形罩材料的研究， 应集中在增大材料密度和增 强材料延展性上。密度增大意味着能以更高的能量密 度和更大的冲击力来提高侵彻能力； 增强延展性则有 助于形成更长的弹丸， 从而增大侵彻深度［５］。
延性铁、纯铜的塑性很好， 是爆炸成形弹丸Hale Waihona Puke ＥＦＰ） 药型罩广泛使用的材料。
目前通过严格控制爆炸成形弹的参数， 如罩的外 形、质量分布、波形、罩材质量和装药量最佳化， 可使采 用延性铁、铜罩材的爆炸成形弹侵彻均质装甲钢的性 能（ 深度） 从 ０．５ 倍弹径提高到 １ 倍弹径。研究表明， 当 弹丸长细比（ Ｌ ／Ｄ） 达到 ５ 时 ， 爆 炸 成 形 弹 形 成 的 弹 丸 长度相当于弹径的 １．３ 倍。这样， 在大于 ２ ０００ ｍ ／ｓ 的 撞击速度上， 爆炸成形弹形成的弹丸在侵彻均质装甲 钢板时， 侵彻深度可达 １．３ 倍弹径。
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｌｙ￣ｆｏｒｍｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ （ ＥＦＰ） ｌｉｎｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗａｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ．Ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＥＦＰ ｌｉｎｅｒ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔａｌ ｉｎ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｌｙ－ ｆｏｒｍｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ， ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｒｏｎ， ｃｏｐｐｅｒ， ｔａｎｔａｌｕｍ， ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ａｎｄ ｓｉｌｖｅｒ． Ｔｈｅ ｃｏｓｔ， ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｈａｐｅｄ ｃｈａｒｇｅ ｗａｒｈｅａｄ； ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｌｙ￣ｆｏｒｍｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ （ＥＦＰ）； ｒｅｖｉｅｗ； ｓｈａｐｅｄ ｃｈａｒｇｅ ｌｉｎｅｒ； ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｍｅｔａｌ； ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ
爆炸成形弹一般可分为压拢型和翻转型。压拢型 ＥＦＰ 的密实性较好， 动能较高， 易于以高动能侵彻多层 装甲、厚重装甲或钢筋混凝土等目标。合理设计的翻转 型 ＥＦＰ 将具有良好的气动外形和外弹道性能， 以避免 在飞行过程中发生断裂、翻滚、阻力过大、严重失速和 偏离弹道， 可适用于攻击较远距离的目标［３］。
摘 要： 综述了高密度爆炸成形弹药型罩材料的发展现状和趋势， 对爆炸成形弹丸技术进行药型罩材料发展状况分析。
国内外为了提高爆炸成形弹的侵彻威力， 特别是结合对铁、铜、钽、铀、钼、银等 药 型 罩 材 料 在 爆 炸 成 形 弹 上 的 研 究 及 应 用
进行综合分析， 综合考虑设计药型罩时的罩材成本、材料、炸药爆速及结构的 匹 配 关 系 ， 通 过 各 类 药 型 罩 材 料 装 备 于 武 器
第 ３０ 卷 第 ２ 期 ２００７ 年 ３ 月
兵器材料科学与工程 ＯＲＤＮＡＮＣＥ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．２ Ｍａｒ．， ２００７
爆炸成形弹药型罩材料的现状和趋势 ＊
高晓军 ，１， ２ 徐宏１， 郭志俊２， 林勇２
（ １．中北大学， 山西 太原 ０３００５１； ２．中国兵器科学研究院 宁波分院， 山东 烟台 ２６４００３）
８６
兵器材料科学与工程
第 ３０ 卷
１ 单金属药型罩材料
图 ２ 爆炸成形过程简图 Ｆｉｇ．２ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｌｙ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
大量具有破坏作用的碎片［４］。 由 于 爆 炸 成 形 弹 丸 （ ＥＦＰ） 的 许 多 独 特 优 点 ， 即 从
顶部攻击坦克要害部位， 顶部攻击面积大， 弹丸的攻击 效果不受炸高的限制， 特 别 是 爆 炸 成 形 弹 丸 （ ＥＦＰ） 能 够有效攻击披挂了反应装甲的坦克， 而且后效大， 所以 是一个应用前景广泛的新弹种， 近一二十年得到飞速 发展， 并逐渐在诸多军事领域内得到应用。它与制导武 器结合是攻击直升机、坦克及其它装甲车辆顶部防护 的有力武器。目前 ＥＦＰ 战斗部主要用于末敏弹、末制 导炮弹或反坦克导弹战斗部上攻击坦克防护较薄弱的 顶装甲， 以及用于反坦克智能雷和反直升机智能雷战 斗部上实现区域防御。
爆炸成形弹丸（ ＥＦＰ） 的罩材目前应用的主要是延 性铁、紫铜及钽。研究表明， 罩材特性如强度和密度对 形成爆炸成形弹丸（ ＥＦＰ） 有着重要影响。如果罩材强 度、塑性差， 则跟不上变形速度， 在变形过程中罩体会 破碎。因此， 为形成弹丸， 减小变形过程中的质量损失， 必须选择韧性、塑性较好的材料， 尤其要考虑材料的动 态特性。在目前应用的基础上， 正在研究的韧性较好的 高密度金属有铀、钼、镍等。 １．１ 延性铁、铜