CN110657717A - 一种用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性的弹头结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性的弹头结构，属于弹体侵彻混凝土靶板技术领域，解决了现有技术中弹头结构侵彻混凝土靶板时弹道易偏转的技术问题。本发明的弹头结构包括弹头本体，弹头本体前端设有第一圆台，第一圆台的上底面直径小于第一圆台下底面直径；第一圆台外侧面沿第一圆台母线方向设有多个肋板；肋板远离第一圆台的一端为肋板前端面，肋板另一端为肋板后端；肋板前端面高度大于肋板后端高度；肋板后端处直径等于第一圆台下底面直径。本发明能够抑制弹体偏转并提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性，同时当弹道稳定性提升后，作用在弹体上的侧向力与力矩降低，更有利于保存弹体和引信。

Description

一种用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性的弹头结构

技术领域

本发明涉及弹体结构设计技术领域，尤其涉及一种用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性的弹头结构。

背景技术

目标建筑外形的多样性及弹体结构的复杂性等原因，弹体侵彻/贯穿混凝土靶板弹道发生偏转，影响毁伤性能。可以通过改良战斗部头部形状，提升战斗部侵彻混凝土靶板弹道稳定性。

解决上述问题的一般方法是提升弹体强度或采用钝型头部。提升弹体强度主要通过增加金属壳体厚度或更换金属材料，使弹体能够承受较高侧向过载，进而防止弹体弯曲并提升弹道稳定性，该方法缺点是武器系统重量增加，装药空间减少，最终导致侵彻毁伤效能下降。

采用钝型头部是指用截卵等钝型弹头替换卵型等常规弹头，该方法缺点在垂直侵彻过程中，钝型头部会大幅增加阻力，同时也会影响到战斗部和引信的效能。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性的弹头结构，用以解决现有弹头结构侵彻混凝土靶板弹道易偏转的技术问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明公开了一种用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性的弹头结构，包括弹头本体，弹头本体前端设有第一圆台，第一圆台上底面直径小于第一圆台下底面直径；第一圆台上沿第一圆台母线方向设有多个肋板；圆锥面与第一圆台的；肋板远离第一圆台下底面的一端为肋板前端面，另一端为肋板后端；肋板前端面高度大于肋板后端高度；肋板后端面直径等于第一圆台下底面直径；肋板用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性。

在一种可能的设计中，第一圆台前端设有第二圆台，第二圆台上底面直径小于下底面直径；第二圆台下底面直径小于第一圆台的上底面直径；第二圆台用于减小弹头正向侵彻混凝土靶板时所受阻力。

在一种可能的设计中，肋板的数量为八条，沿第一圆台母线方向八条肋板周向均布于第一圆台外侧面。

在一种可能的设计中，弹头结构中的第一圆台上底面直径与第一圆台下底面直径的尺寸关系及弹体结构的第二圆台上底面直径和第二圆台下底面直径的尺寸关系为：

0.5d≤d₃≤0.8d (1)

0.5d₂≤d₁≤0.8 d₂ (2)

其中，d为第一圆台下底面直径，mm；d₁为第二圆台上底面直径，mm；d₂为第二圆台下底面直径，mm，d₃为第一圆台上底面直径mm。

在一种可能的设计中，第一圆台上底面直径与肋板底部处的圆环直径的关系式为：

0.1d＜d₃-d₄＜0.5d (3)

其中，d₃为第一圆台上底面直径mm；d₄为肋板底部处的圆环直径mm。

在一种可能的设计中，肋板前端面最小宽度w_min第一圆台上底面直径之间的尺寸关系为：

w_min＜(π/8)d₃ (4)

其中，w_min为肋板前端面最小宽度，mm。

在一种可能的设计中，第一圆台的高度l1与第二圆台的高度l2的关系满足下式关系：

0.5 d₂≤l₁≤2 d₂ (5)

0.5d≤l₂≤2d (6)

其中，l₁是第二圆台高度，mm；l₂为第一圆台高度，mm。

在一种可能的设计中，弹头结构的质心与第二圆台上底面的距离为165mm～175mm。

在一种可能的设计中，第一圆台的上底面直径d₁尺寸为10.5mm～18.5mm。

在一种可能的设计中，第一圆台的高度l₁为13mm～23mm。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)本发明通过在第一圆台外侧面沿第一圆台母线方向周向均匀设置多个肋板结构，使弹体重量在增重较小的情况下，修正侵彻弹道，当弹道稳定性提升后，作用在弹体结构上的侧向力与力矩降低，弹体及引信就能保存更好，从而保证弹体结构维持更高的可靠性。

(2)本发明在第一圆台上底面上设有第二圆台(又称凸缘)，第二圆台上底面直径小于第二圆台下底面直径；第二圆台下底面直径小于第一圆台的上底面直径，该第二圆台的不仅能够有效减少弹体侵彻混凝土靶板所受阻力，提高靶板剩余速度，增强毁伤效果，平衡破坏性力矩，提升弹体侵彻过程中弹道稳定性。且侵彻初始阶段，反向偏转力矩可以减低弹体在目标表面(混凝土靶板)跳弹的概率；肋板能提升战斗部侵彻弹道稳定性和防跳弹性能，撕裂并穿透目标，减小阻力，毁伤能力远远大于现有的弹体结构；同时当弹道稳定性提升后，作用在战斗部上的侧向力与力矩降低，战斗部及引信就能保存更好，维持更高的可靠性。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例1提供的弹头结构示意图；

图2为现有卵型弹头结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的弹头整体示意图；

图4为本发明实施例1提供的弹头结构主视图；

图5为本发明实施例2中的加肋板弹体与卵型弹体以600m/s初速侵彻靶板偏转角时程曲线；

图6为本发明实施例2中改变质心位置时带肋板弹头弹体相对偏转角时程曲线；

图7为本发明实施例2中弹体结构改变凸缘上底面直径偏转角度时程曲线；

图8为本发明实施例2中改变凸缘长度偏转角度时程曲线。

附图标记：

1-第一圆台；2-肋板；3-第一圆台上底面；4-第二圆台(凸缘)；5-弹头质心。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本实施例提供了一种用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性的弹头结构，如图1至图4所示，包括弹头本体，弹头本体前端设有第一圆台1，第一圆台1的上底面直径小于第一圆台1下底面直径；第一圆台1外侧面沿第一圆台1母线方向设有多个肋板2；肋板2远离第一圆台1的一端为肋板2前端，肋板2另一端为肋板2后端；肋板2前端高度大于肋板2后端高度；肋板2后端处直径等于第一圆台1下底面直径；肋板2用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性。

具体地，该弹头结构包括弹头本体及设于弹头本体前端部的第一圆台1，第一圆台上底面3和第一圆台1下底面圆面，第一圆台1的下底面与弹头本体为一体化结构，在第一圆台1的外侧面上，沿第一圆台1母线方向设有多个肋板2，肋板2由第一圆台1的底部向顶部延伸，肋板2远离第一圆台1的一端为肋板2前端，另一端为肋板2后端；肋板2前端高度大于肋板2后端高度，肋板2前端最小宽度小于肋板2后端宽度；肋板2后端面直径等于第一圆台1下底面直径，肋板2前端面的直径小于第一圆台1下底面直径。

与现有技术相比，本发明通过在第一圆台1外侧面沿第一圆台1母线方向周向均匀设置多个肋板2结构，使弹体重量在增重较小的情况下，修正侵彻弹道，当弹道稳定性提升后，作用在弹体结构上的侧向力与力矩降低，弹体及引信就能保存更好，从而保证弹体结构维持更高的可靠性。

为了进一步有效减少弹体侵彻混凝土靶板所受阻力，第一圆台1前端设有第二圆台4，第二圆台4上底面直径小于第二圆台4下底面直径；第二圆台4下底面直径小于第一圆台1的上底面直径；第二圆台4用于减小弹头正向侵彻混凝土靶板时所受阻力。

具体地，在第一圆台上底面3上设有第二圆台4(又称凸缘)，第二圆台4上底面直径小于第二圆台4下底面直径；第二圆台4下底面直径小于第一圆台1的上底面直径，该第二圆台4的不仅能够有效减少弹体侵彻混凝土靶板所受阻力，提高靶板剩余速度，增强毁伤效果，平衡破坏性力矩，提升弹体侵彻过程中弹道稳定性；且侵彻初始阶段，反向偏转力矩可以减低弹体在目标表面(混凝土靶板)跳弹的概率；肋板2能提升战斗部侵彻弹道稳定性和防跳弹性能，撕裂并穿透目标，减小阻力，毁伤能力远远大于基本的圆锥形战斗部；同时当弹道稳定性提升后，作用在战斗部上的侧向力与力矩降低，战斗部及引信就能保存更好，维持更高的可靠性。

本发明采用的肋条的肋板2的数量为八条，八条肋板2周向均布于第一圆台1外侧面。

需要强调的是，本发明需要严格控制弹头结构中的各个设计参数：

(1)第一圆台上底面3直径与第一圆台1下底面直径的尺寸关系及弹体结构的第二圆台4上底面直径和第二圆台4下底面直径的尺寸关系为：

0.5d≤d₃≤0.8d (1)

0.5d₂≤d₁≤0.8 d₂ (2)

其中，d为第圆锥台下底面直径，mm；d₁为第二圆台4上底面直径，mm；d₂为第二圆台4下底面直径，mm，d₃为第一圆台上底面3直径mm。

(2)第一圆台上底面3直径与肋板2下底面直径的关系式为：

0.1d＜d₃-d₄＜0.5d (3)

其中，d₃为第一圆台上底面3直径mm；d₄为肋板2下底面直径mm。

(3)肋板2前端最小宽度w_min与第一圆台上底面3直径之间的尺寸关系为：

w_min＜(π/8)d₃ (4)

其中，w_min为肋板2前端最小宽度，mm。

(4)第一圆台1的高度l₁与第二圆台4的高度l₂的关系满足下式关系：

0.5 d₂≤l₁≤2 d₂ (5)

0.5d≤l₂≤2d (6)

其中，l₁是第二圆台4高度，mm；l₂为第一圆台1高度，mm。

h第一圆台上底面3处的肋板2高度，h＝(d₂-d₄)/2(7)

(5)弹头结构的质心5与第二圆台4上底面的距离为165mm～175mm。

(6)第一圆台1的上底面直径d₁尺寸为10.5mm～18.5mm。

(7)第一圆台1的高度l₁为13mm～23mm。

本发明对弹体结构、弹体尺寸及肋板2数量进行了严格控制，确保在几乎不增加阻力与弹头结构的重量前提下，侵彻弹道得到修正，发生“J”效应的可能性降低；当弹头侵彻混凝土靶板时，弹头结构的头部产生的非对称力会围绕战斗部质心5产生一个反向旋转力矩，抑制弹体偏转并适当提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性，同时当弹道稳定性提升后，作用在弹体上的侧向力与力矩降低，更有利于保存战斗部和引信。

实施例2

本实施例用于计算加肋板2弹头侵彻混凝土时弹道及速度。采用质量为4.2kg加肋板2弹头弹体，表3.2为进行计算的带肋板2型弹头尺寸的具体值，靶板厚度为0.4m，混凝土抗压强度34.26Mpa，弹体的初始速度为600m/s。

表1带肋板2型弹头形状参数表

在表1中，d为第圆锥台下底面直径，mm；d₁为第二圆台4上底面直径，mm；d₂为第二圆台4下底面直径，mm，d₃为第一圆台上底面3直径mm；d₃为第一圆台上底面3直径mm；d₄为肋板2下底面直径mm；w_min为肋板2前端最小宽度，mm；l₁是第二圆台4高度，mm；l₂为第一圆台1高度，mm，h第一圆台上底面3处的肋板2高度，mm；h为圆锥台上底面处肋板2高度，mm；h＝(d₂-d₄)/2，mm；W_min为肋板2前端最小宽度，mm；W_max为肋板2前端最大宽度，mm；n为肋板2数量。

将头部加肋板2弹体以600m/s的速度无攻角侵彻0.4m厚素混凝土；改变初始着角(速度方向与靶板法线方向的夹角)进行计算，得到姿态角(弹体轴线与靶板法线方向的夹角)随时间的变化规律，姿态角与初始倾角做差便得到偏转角，绘制偏转角随时间的变化曲线，如附图5所示；其中，曲线5为本发明的弹头结构且初始倾角为10°，曲线6为本发明的弹头结构且初始倾角为25°，曲线7为本发明的弹头结构且初始倾角为40°，曲线8为本发明的弹头结构且初始倾角为55°。

在不发生跳弹的情况下，弹体结构以10°，25°，40°，55°初始着角侵彻过程中，加肋板2头部弹体瞬时姿态角始终小于对照例2中的卵型头部弹体，而且对照例2中的卵型头部弹体偏转时间要长于加肋板2头部弹体。可见头部加肋板2弹体抗偏性能优于现有的卵型头部弹体。

为了避免保证弹体结构尺寸变化影响弹体侵彻性能，本发明改变弹体结构(即头部带肋板2型弹体)的结构尺寸，头部带肋板2型弹体以500m/s的初速度和25°着角斜侵彻0.4m厚混凝土靶板，保证得弹体质量与转动惯量不变，改变弹体结构质心5到弹尖的距离分别为156mm、176mm与196mm，绘制偏转角的时间历程曲线如附图6，从附图6中能够看出，弹体质心5越靠前，横向阻力对质心5的力臂越小，偏转力矩越小，而轴向阻力力臂不发生变化，由轴向力产生的抵抗偏转的力矩变化不大，因此相同条件下质心5靠前的带肋板2头部弹体偏转角较小，所以设计弹体时将质心5位置尽量靠近弹尖，减少弹体偏转角，有利于提高弹道稳定性。

实施例3

本实施例将重4.2kg的带肋板2型头部弹体初速度为500m/s、25°着角斜侵彻0.4m厚混凝土靶板，改变凸缘上底面直径d1，直径分别取10.5mm，14.5mm与18.5mm。

侵彻结束后，绘制偏转角时程曲线如附图7所示，随着凸缘上底面直径的增加，带肋板2型弹头弹体偏转角减少且速度也下降更快，这是由于轴向力增加，力臂增加，轴向力产生的抵抗偏转的力矩增加，故弹体偏转角减少，设计弹体时可适当增加凸缘上底面直径，可增加弹道稳定性。

实施例4

本实施例为改变凸缘长度以研究凸缘长度对弹道稳定性的影响；改变带肋板2型头部凸缘长度，弹体以初速度为500m/s，25°着角斜侵彻0.4m厚混凝土靶板。凸缘长度依次为13mm、18mm与23mm，绘制偏转角时程曲线，如附图8所示，随着凸缘长度的改变，弹体质心5到弹头的长度(即弹体质心5到凸缘上底面的距离)发生改变；当凸缘长度依次为13mm、18mm与23mm时，弹体质心5到凸缘上底面的长度l_c依次为165mm、170mm和175mm。分析附图7能够得出，凸缘长度越小弹体速度越高，横向阻力越大，轴向阻力增大，且横向阻力的力臂随着凸缘长度的减小也减小，故凸缘长度适当减少可以减小弹体的偏转角，故弹体质心5靠前、凸缘上底面直径增加与凸缘长度适当减少均可增加弹道稳定性。

对照例1

本对照例用于计算现有卵型弹头侵彻混凝土时弹道及速度。采用质量为4.2kg的卵型弹头弹体；卵型弹的直径为64mm，卵型弹的弹头形状系数为3(弹头的曲率半径与弹直径之比)，靶板厚度为0.4m，混凝土抗压强度34.26Mpa，弹体的初始速度为600m/s。

将卵型头部弹体以600m/s的速度无攻角侵彻0.4m厚素混凝土；改变初始着角(速度方向与靶板法线方向的夹角)进行计算，得到姿态角(弹体轴线与靶板法线方向的夹角)随时间的变化规律，姿态角与初始倾角做差便得到偏转角，绘制偏转角随时间的变化曲线，如附图5所示，其中，曲线1为卵型弹头且初始倾角为10°，曲线2为卵型弹头且初始倾角为25°，曲线3为卵型弹头且初始倾角为40°，曲线4为卵型弹头且初始倾角为55°。

分析对比对照例1和实施例2，在不发生跳弹的情况下，弹体以10°，25°，40°，55°初始着角侵彻过程中，实施例2中的加肋板2头部弹体瞬时姿态角始终小于卵型头部弹体，而且卵型头部弹体偏转时间长于实施2中的加肋板2头部弹体，因此，本发明的头部加肋板2弹体抗偏性能明显优于现有的卵型头部弹体。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性的弹头结构，其特征在于，包括弹头本体，所述弹头本体前端设有第一圆台，所述第一圆台上底面直径小于第一圆台的下下底面直径；所述第一圆台上沿第一圆台母线方向设有多个肋板；第一圆台所述肋板远离所述第一圆台的下下底面的一端为肋板前端面，另一端为肋板后端；所述肋板前端面高度大于所述肋板后端高度；所述肋板后端面直径等于第一圆台下底面直径；所述肋板用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性。

2.根据权利要求1所述的用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性的弹头结构，其特征在于，所述第一圆台上底面处设有第二圆台，所述第二圆台上底面直径小于第二圆台下底面直径；所述第二圆台下底面直径小于第一圆台上底面直径；所述第二圆台用于减小弹头正向侵彻混凝土靶板时的所受阻力。

3.根据权利要求2所述的用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性的弹头结构，其特征在于，所述肋板的数量为八条，所述八条肋板沿周向均布于第一圆台外侧面。

4.根据权利要求3所述的用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性的弹头结构，其特征在于，所述弹头结构中的第一圆台上底面直径与第一圆台下底面直径的尺寸关系及所述弹体结构的第二圆台上底面直径和第二圆台下底面直径的尺寸关系为：

0.5d≤d₃≤0.8d (1)

0.5d₂≤d₁≤0.8 d₂ (2)

所述d为第一圆台下底面直径，mm；d₁为第二圆台上底面直径，mm；d₂为第二圆台下底面直径，mm，d₃为第一圆台上底面直径mm。

5.根据权利要求4所述的用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性的弹头结构，其特征在于，所述第一圆台上底面直径与所述肋板底部处的圆环直径的关系式为：

0.1d＜d₃-d₄＜0.5d (3)

所述d₃为第一圆台上底面直径mm；d₄为肋板底部处的圆环直径mm。

6.根据权利要求5所述的用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性的弹头结构，其特征在于，所述肋板前端面最小宽度w_min与第一圆台上底面直径之间的尺寸关系为：

w_min＜(π/8)d₃ (4)

所述w_min为肋板前端面最小宽度，mm。

7.根据权利要求7所述的用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性的弹头结构，其特征在于，所述第一圆台的高度与第二圆台的高度的关系满足下式关系：

0.5 d₂≤l₁≤2 d₂ (5)

0.5d≤l₂≤2d (6)

所述l₁是第二圆台高度，mm；l₂为第一圆台高度，mm。

8.根据权利要求1至7所述的用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性的弹头结构，其特征在于，所述弹头结构的质心与第二圆台上底面的距离为165mm～175mm。

9.根据权利要求8所述的用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性的弹头结构，其特征在于，所述第一圆台上底面直径为10.5mm～18.5mm。

10.根据权利要求1-9任一项所述的用于提升弹体侵彻混凝土靶板弹道稳定性的弹头结构，其特征在于，所述第一圆台的高度为13mm～23mm。

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