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终点弹道学

2023-02-23 13:05自然百科人已围观

[拼音]：zhongdian dandaoxue

[外文]：terminal ballistics

研究弹丸或战斗部在目标区域的运动规律、对目标的作用机理及威力效应的学科。是弹道学的一个分支。它涉及连续介质力学、爆炸动力学、冲击动力学、弹塑性理论等学科领域。各种目标的毁伤标准也属于本学科的研究范畴。终点弹道学的研究成果主要用于弹药威力设计，并为目标的防护设计提供依据。

弹丸或战斗部可以通过机械、热、化学、生物、核等效应毁伤目标。爆炸与冲击是最基本的作用方式。普通炸药爆炸后，在炸点形成高温（3000～5000开）、高压（1～2万兆帕）和急剧膨胀的爆轰产物，可以直接毁伤目标，也可将能量赋予如空气介质、破片、金属流等中间载体，通过中间载体的冲击或侵彻等作用毁伤目标。某些动能弹丸则利用高速撞击的动能直接击毁目标。

爆炸与冲击波作用

空气、水等连续介质在受到爆轰产物的猛烈冲击后，产生高速传播的冲击波。冲击波的强度（超压）决定于炸药种类、介质的密度和可压缩性，并随着传播距离的增大而急剧减弱。处于介质内的不同目标，在具有一定超压（或比冲量）的冲击波作用下被毁伤。在水中，爆轰产物还产生气泡，气泡的胀缩脉动所形成的压力波也将对目标起附加的破坏作用。

在抗拉强度较低的颗粒性土壤中，冲击波（或压力波）使土壤受到强烈挤压，发生径向运动。近距离内的土壤颗粒被压碎构成压碎区；较远距离处的土壤则仅开裂构成破裂区。当压力波传播到土壤表面时，将产生反射拉伸波，促使表层土壤破坏。当炸点距地面较近时，炸点上部的土壤被抛出形成弹坑。通常用压碎区（或破裂区）的半径或弹坑容积衡量爆炸体在土壤中的爆破效应。它与炸药的性能、重量、土壤的特性及爆炸的深度、角度等有关。

破片杀伤作用

弹丸壳体在爆轰产物的作用下急剧膨胀并破裂成大小不均的破片，以约1000～2000米／秒的速度向四周飞散，构成破片场。密集的高速破片在一定范围内可以毁伤不同强度的目标。毁伤效果决定于目标的状况和破片的形状、大小、速度、数量及其在破片场内的分布。而破片的这些因素，则与弹体的形状、结构、材料及其加工处理、炸药的性能及重量、起爆方式、弹丸落角等多种因素有关。枪弹弹头对目标的作用情况与破片相同。

破片（或弹头）对人体的致伤机理主要是侵彻作用和空腔效应。对于骨骼等坚固组织，可直接侵彻出永久性原发贯通伤道或盲管伤道，甚至使它碎裂。对于软组织，由于侵彻压力波的作用，原发伤道将急剧扩张形成暂时空腔，并使空腔剧烈地反复胀缩运动。这不仅会严重损伤肌肉、血管和神经，还可折断未直接命中的骨骼。对于颅脑、肝脏等稠粘性组织，高速破片（或弹头）产生的压力波可引起器官的广泛损伤，甚至粉碎。创伤程度取决于破片（或弹头）在目标内释放能量的快慢和大小。有关破片（或弹头）击中人体后的运动规律及其致伤效应的研究，已形成了一个新的分支学科──创伤弹道学(wound ballistics)。它的研究成果不仅可用于指导弹药威力设计，还有助于战地创伤的鉴别、诊断和治疗。

聚能破甲作用

利用成型爆炸装药的聚能效应及闭合金属药型罩形成的高速金属射流，穿透装甲目标。炸药从底部起爆时，爆轰波从罩顶沿罩面扫过，被扫过的罩微元顺次以很高的变形速度向中心压垮并在轴线处闭合。罩内层金属被挤成金属流，外层金属则形成“杵体”。射流的形成示意如图1。图中：a为成型装药原形，1～4表示罩微元的编号；b表示爆轰波阵面到达微元 2的末端，此时2开始向轴线运动，3正在轴线处闭合，4已碰撞完毕并分成射流和杵体两部分;c表示射流和杵体全部形成。整个金属流具有较大的速度梯度，即头部速度高（达8000米／秒以上），尾部速度低。金属流在运动中不断被拉长，最后产生缩颈并断裂成小段，成为不连续射流，当金属流碰击装甲时，在碰击点处可产生十万兆帕以上的局部压力，使装甲材料呈流体性态。在侵彻过程中射流不断消耗，后续射流速度越来越低，碰击点压力下降，破甲能力迅速减少直至终止。炸药性能和重量、装药结构、起爆方式、药型罩材料及其几何尺寸等对金属流的形成和侵彻具有显著影响。炸高主要影响射流在运动中的拉长程度和断裂、失稳现象的出现。在破甲理论方面，通常按简单的定常或准定常理想不可压缩流体模型处理，亦有考虑可压缩性或装甲板强度效应的分析模型。对于大锥角或盘形药型罩，爆炸后将被挤成一个速度梯度很小的“杵体弹”，或翻转成一个整体的高速弹丸，均称为“自锻弹丸”。它与金属流不同，在飞行中无拉长、缩颈、断裂现象，其空气动力特性亦较稳定。

动能穿甲作用

动能穿甲弹通常以500～1800米/秒的速度撞击装甲，可以发生击穿、嵌入或跳飞等运动形式。装甲板的贯穿可以呈现冲塞型、花瓣型、破碎型、延性扩孔型或崩落型等破坏形式(图2)。弹丸本身可保持完整、有限塑性变形或完全破坏。所有这些决定于撞击的速度与倾角、弹丸和装甲材料的性能、装甲厚度及弹头形状与结构等因素。通常采用简单的经验或半经验公式估算极限穿透速度、剩余速度等。针对不同的穿甲条件建立相应的分析模型，如对薄板装甲有能量及动量等分析模型；对中厚装甲则根据经验对阻力、装甲破坏形式等作出某些简化假定进行分析。

应力波碎甲作用

弹丸贴于装甲表面爆炸时，在装甲板内产生一个强冲击波，并在传至甲板背面时发生反射，形成拉伸应力波。当反射波与入射波相互作用所引起的拉应力超过材料的断裂极限时，即在该处发生层裂或崩落出碟形碎块。碎块可直接毁伤装甲背后的人员、设备。入射波强度足够高时，将在层裂后的自由面上连续反射，发生多层层裂。

简史

终点弹道学的兴起可以追溯至19世纪20年代以前，早期的研究由于缺乏必要的实验手段和理论基础，主要采用实弹射击的方式得出各种关于弹丸侵彻、爆破、杀伤的经验公式及数据。20世纪40年代初期至50年代后期，随着弹塑性力学特别是塑性动力学、爆炸动力学的发展，大大促进了终点弹道学的理论分析研究。60年代以后，随着现代测试手段的不断出现和完善，大型计算机的迅速发展，使终点弹道学的研究，从长期依靠实弹射击进入在可控条件下进行实验和计算机数值模拟相结合的阶段。它促使许多重要理论与实际问题的研究（如材料在动态下的本构关系及破坏准则、力学与热学的耦合、冲击波的衰减、弹丸壳体的破碎机理、对复合装甲的侵彻等）朝着纵深的领域进展。

参考书目