CN115422750A - 一种获取刚性弹体弹速与侵彻深度关系的试验方法 - Google Patents

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CN115422750A CN202211070305.0A CN202211070305A CN115422750A CN 115422750 A CN115422750 A CN 115422750A CN 202211070305 A CN202211070305 A CN 202211070305A CN 115422750 A CN115422750 A CN 115422750A
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彭刚
王伟
陈春晓
高波
张彬
冯家臣
陈青香
秦贞明
冯典英
卢振宇
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Abstract

本发明属于终点弹道效能试验技术，具体涉及一种获取刚性弹体弹速与侵彻深度关系的试验方法。该方法属于一种理论与实验相结合的预测方法，基于动态空腔膨胀理论，结合牛顿第二定律得到侵彻深度与弹体速度关系式，将难以直接获取的参量和未知常数进行整合，得到弹体侵彻深度与速度的新关系式，通过2发弹体侵彻深度与弹速的试验数据建立联立方程组求解，最终给出确定的弹速与侵彻深度关系。该方法在仅知道3个易测弹靶参数和进行少量(不少于2发)弹靶试验的前提下，即可获得预测刚性弹体侵彻深度与弹速的关系，大大降低了试验量和试验成本，并且该方法对于金属、混凝土、高聚物等不同材料具有普遍适用性。

Description

一种获取刚性弹体弹速与侵彻深度关系的试验方法
技术领域
本发明属于终点弹道效能试验技术，具体涉及一种获取刚性弹体弹速与侵彻深度关系的试验方法。
背景技术
弹体对金属、混凝土、岩石等介质的侵彻毁伤是武器装备、工程及装甲防护领域的重要研究内容，是武器装备打击能力和防御能力提升必须解决的关键问题。刚性弹是指在侵彻靶板过程中不发生变形和质量损失或变形程度和质量损失很小的弹体。在常规弹速范围内，具有较高强度的金属弹体对低强度金属、混凝土、岩石及高分子材料的侵彻过程可认定为是刚性弹侵彻过程。
刚性弹在不同弹速下对各种介质的侵彻深度是国防领域的重要研究内容。对于刚性弹侵彻的弹速与侵彻深度关系，现有技术通常采用理论分析、经验公式、半经验公式等技术方案。理论分析法通常比较复杂，对技术人员理论水平和数学计算能力要求较高，工程应用不方便，并且理论方法中通常涉及了需要人工确定的经验参数，否则准确性不足；经验公式法是对试验数据分析基础上直接构建的，是纯经验公式，缺少理论支持，可靠的经验公式不仅需要大量试验数据，并且适用范围较小；半经验公式法是基于理论分析，结合试验数据确定公式中待定系数，然后可以给出侵彻深度与弹速的半经验公式。
半经验公式法是目前工程应用的常用方法，但实际应用中发现存在以下问题：一是对于不同的金属靶板和混凝土靶板，半经验公式形式不同，不具有通用性；二是半经验公式涉及的弹靶参数、经验系数较多，弹靶参数包括弹体直径和质量、靶板密度、动态压缩强度，经验系数包括拟合参数(不少于3个)、弹头形状系数、弹靶动摩擦系数等，其中除弹体直径、弹体质量和靶板密度可简单测量得到以外，其他参数和系数均需通过试验研究分析或拟合得到。
因此，从现有技术来看，若要获得刚性弹体弹速与侵彻深度良好的映射关系，需要以大量的试验数据作为获取经验常数或待定系数的前提，需要耗费大量的时间、人力及物力资源。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种获取刚性弹体弹速与侵彻深度关系的试验方法，采用本方法，在开展少量弹靶侵彻试验的基础上，即可获取侵彻深度随弹速变化的曲线关系，并且对于金属、混凝土、高聚物等不同类材料具有普遍的适用性。
本发明的目的是这样实现的：基于动态空腔膨胀理论得到侵彻方向上弹头受靶板的侵彻阻力公式：
Figure BDA0003829750720000021
结合牛顿第二定律得到侵彻深度与弹体速度关系式：
Figure BDA0003829750720000022
该式中参量mp(弹体质量)、dp(弹体直径)、ρt(靶板密度)容易测得，将难以直接获取的参量Yt(靶板动态压缩强度)和未知常数A、B、N1和N2进行整合，设定k1＝AYtN1、k2＝BN2，进而得到弹体侵彻深度与速度的新关系式(1)：
Figure BDA0003829750720000023
Figure BDA0003829750720000024
该式中仅有k1和k2两个未知参数，因此可通过两发弹体侵彻深度与弹速的试验数据建立联立方程组求解得到k1和k2的数值，最终给出确定的弹速与侵彻深度关系。
本发明采用的具体技术方案如下：
一种获取刚性弹体弹速与侵彻深度关系的试验方法，包括以下步骤：
步骤S1：采集弹体和靶板的相关数据，包括：弹体质量mp、弹体直径dp、靶板密度ρt；
步骤S2：完成两发不同弹速下弹靶侵彻试验，测量弹速v1、v2和相应的侵彻深度p1、p2；
步骤S3：将步骤S1和步骤S2得到的试验数据代入弹体侵彻深度与速度的新关系式(1)，建立联立方程组(2)：
Figure BDA0003829750720000025
Figure BDA0003829750720000026
步骤S4：求解联立方程组(2)得到未知参数k1和k2的数值；
步骤S5：将步骤S1、S2参数、k1和k2的值代入新关系式(1)，得到弹体侵彻深度与速度的确定函数关系式：
Figure BDA0003829750720000031
式中：
vi—弹体弹速，m/s；
pi—弹体弹速为vi时对靶板的侵彻深度，m；
mp—弹体质量，kg；
dp—弹体直径，m；
ρt—靶板密度，kg/m3；
k1—与弹头形状、弹靶摩擦及靶板强度相关未知参数，Pa；
k2—与弹头形状及靶板相关参数，无量纲。
本发明提供的获取刚性弹体弹速与侵彻深度关系的试验方法，属于一种理论与实验相结合的预测方法，在仅知道3个易测弹靶参数和进行少量(不少于2发)弹靶试验的前提下，可获得预测刚性弹体侵彻深度与弹速的关系，从而大大降低了试验量和试验成本，并且该方法对于金属、混凝土、高聚物等不同材料具有普遍适用性，该发明为武器装备、工程及装甲防护设计提供了一种快捷、有效的技术方案。
附图说明
图1为实施例一中刚性弹体侵彻深度与弹速关系图
图2为实施例二中刚性弹体侵彻深度与弹速关系图
图3为实施例三中刚性弹体侵彻深度与弹速关系图
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例以公开文献的试验数据为样本来验证本发明的实施效果，其中：
实施例一的试验数据来源于文献[FORRESTALM J，BRARN S，LUKVK.Penetrationof Strain-Hardening Targets With Rigid Spherical-Nose Rods[J].Journal ofApplied Mechanics，1991，58(1)：7-10.]；
实施例二的试验数据来源于文献[FORRESTAL MJ，FREWDJ，HANCHAK S J，etal.Penetration of grout and concrete targets with ogive-nose steelprojectiles[J].International Journal of Impact Engineering，1996，18(5)：465-76.]；
实施例三的试验数据来源于文献[WEISS A，VIZELA，DURBAN D.An experimentalinvestigation of deep penetration into polycarbonate targets[J].Proceedings-27th International Symposium on Ballistics，BALLISTICS 2013，2013，2：1241-51.]。
实施例一、二、三分别选取刚性弹体对铝合金、混凝土和聚碳酸酯靶板的试验数据，见表1。表1中带*号试验数据为本发明计算使用的输入数据，未带*号试验数据为本发明实施效果验证数据。
表1实施例的试验数据样本(来源于公开文献)
Figure BDA0003829750720000041
Figure BDA0003829750720000051
实施例一
以刚性弹体侵彻铝合金靶板为例，一种获取刚性弹体弹速与侵彻深度关系的试验方法，包括以下步骤：
步骤S1、采集弹体和靶板的相关数据，包括：弹体质量mp、弹体直径dp、靶板密度ρt；
步骤S2、完成两发不同弹速下弹靶侵彻试验，测量弹速v1、v2和相应的侵彻深度p1、p2；
步骤S3、将步骤S1和步骤S2得到的试验数据代入弹体侵彻深度与速度的新关系式(1)，建立联立方程组(2)：
Figure BDA0003829750720000052
步骤S4、求解联立方程组(2)得到未知参数k1和k2的数值；
步骤S5、将步骤S1、S2和S4的参数代入弹体侵彻深度与速度的新关系式(1)得到二者的确定函数关系。
对于实施例一中的1#和2#弹靶组合，采用表1中带*号的两组试验数据为本方法计算输入数据，代入联立方程组(2)，经计算，1#和2#弹靶组合侵彻深度与弹速函数关系分别为：
pi1＝0.226532ln(1+7.53681E-07vi 2) (4)
pi2＝0.069146ln(1+1.8741E-06vi 2) (5)
图1给出了针对实施例一的弹靶组合侵彻深度与弹速函数曲线与验证数据。
实施例二
以刚性弹体侵彻混凝土靶板为例，一种获取刚性弹体弹速与侵彻深度关系的试验方法，包括以下步骤：
步骤S1、采集弹体和靶板的相关数据，包括：弹体质量mp、弹体直径dp、靶板密度ρt；
步骤S2、完成两发不同弹速下弹靶侵彻试验，测量弹速v1、v2和相应的侵彻深度p1、p2；
步骤S3、将步骤S1和步骤S2得到的试验数据代入弹体侵彻深度与速度的新关系式(1)，建立联立方程组(2)：
Figure BDA0003829750720000061
步骤S4、求解联立方程组(2)得到未知参数k1和k2的数值；
步骤S5、将步骤S1、S2和S4的参数代入弹体侵彻深度与速度的新关系式(1)得到二者的确定函数关系。
对于实施例二中的3#和4#弹靶组合，采用表1中带*号的两组试验数据为本方法计算输入数据，代入联立方程组(2)，经计算，弹靶组合侵彻深度与弹速函数关系分别为：
pi3＝1.207786ln(1+8.05562E-07vi 2) (6)
pi4＝1.920446ln(1+4.99913E-07vi 2) (7)
图2给出了针对实施例二的弹靶组合侵彻深度与弹速函数曲线与验证数据。
实施例三
以刚性弹体侵彻聚碳酸酯靶板为例，一种获取刚性弹体弹速与侵彻深度关系的试验方法，包括以下步骤：
步骤S1、采集弹体和靶板的相关数据，包括：弹体质量mp、弹体直径dp、靶板密度ρt；
步骤S2、完成两发不同弹速下弹靶侵彻试验，测量弹速v1、v2和相应的侵彻深度p1、p2；
步骤S3、将步骤S1和步骤S2得到的试验数据代入弹体侵彻深度与速度的新关系式(1)，建立联立方程组(2)：
Figure BDA0003829750720000071
步骤S4、求解联立方程组(2)得到未知参数k1和k2的数值；
步骤S5、将步骤S1、S2和S4的参数代入弹体侵彻深度与速度的新关系式(1)得到二者的确定函数关系。
对于实施例三中的5#和6#弹靶组合，采用表1中带*号的两组试验数据为本方法计算输入数据，代入联立方程组(2)，经计算，弹靶组合侵彻深度与弹速函数关系分别为：
pi5＝6.042229ln(1+6.25766E-08vi 2) (8)
pi6＝0.262139ln(1+4.38743E-07vi 2) (9)
图3给出了针对实施例三的弹靶组合侵彻深度与弹速函数曲线与验证数据。
由图1、图2和图3可知，根据本发明提出的一种获取刚性弹体弹速与侵彻深度关系的试验方法，可以在仅进行两发弹靶试验的情况下，能够获得刚性弹弹速与侵彻深度函数关系，并且预测值能够与试验值较好的吻合。另外，本方法通用于刚性弹侵彻金属、混凝土、高聚物等不同类型材料，具有普遍适用性。

Claims (1)

1.一种获取刚性弹体弹速与侵彻深度关系的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：采集弹体和靶板的相关数据，包括：弹体质量mp、弹体直径dp、靶板密度ρt；
S2：完成两发不同弹速下弹靶侵彻试验，测量弹速v1、v2和相应的侵彻深度p1、p2；
S3：将步骤S1和步骤S2得到的试验数据代入弹体侵彻深度与速度的新关系式(1)，建立联立方程组(2)：
Figure FDA0003829750710000011
Figure FDA0003829750710000012
S4：求解联立方程组(2)得到未知参数k1和k2的数值；
S5：将步骤S1、S2参数、k1和k2的值代入新关系式(1)，得到弹体侵彻深度与速度的确定函数关系式：
Figure FDA0003829750710000013
式中：
vi—弹体弹速，m/s；
pi—弹体弹速为vi时对靶板的侵彻深度，m；
mp—弹体质量，kg；
dp—弹体直径，m；
ρt—靶板密度，kg/m3；
k1—与弹头形状、弹靶摩擦及靶板强度相关未知参数，Pa；
k2—与弹头形状及靶板相关参数，无量纲。
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CN117308704A (zh) * 2023-11-28 2023-12-29 四川航天川南火工技术有限公司 一种切割索聚能射流侵彻深度的数字化测试方法
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