摘要： 利用实验方法对水介质间隔靶影响射流侵彻能力的程度进行了确定。为了验证间隔靶靶与靶之间介质对射流侵彻的影响，用聚能装药分别对空气和水介质的间隔靶进行了侵彻实验。实验结果表明，水介质对射流侵彻的确存在着比空气更不利的影响。还结合数值模拟及实验结果对传统的侵彻公式进行了修正。
Abstract： Using the experimental method for interval target with water determined the ability of the jet penetration degree， it verified effect of the target interval medium between target and target on the jet penetration， by a shaped charge on the interval target with air and water penetration experiment respectively. The experimental results show that water to jet penetration has more adverse effect than air. In the end， it combined with numerical simulation and experimental results to revise traditional formula of penetration.
关键词： 射流；水；间隔靶；侵彻深度
Key words： jet；water；disconnected target；penetration depth
中图分类号：TJ410.33 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）33-0296-03
0 引言
由于越来越多复合装甲的出现，关于间隔靶相关方面的研究有着现实的应用背景。带有间隔结构形式的靶板，能够有效的衰减射流的侵彻作用，若建立间隔靶与均质靶的等效关系，用一定厚度的间隔靶等效代替均质靶板进行验收，将会大幅度削减试验费用，节约经费。
目前北约国家使用三层靶作为反坦克武器威力考核的统一标准，它由三层装甲靶组成，靶板材料为军用超高强度钢，靶间垂直距离330mm，靶的法线与水平夹角为65°，从第一层入口到第三层出口的水平距离为830mm。而国内在进行破甲弹威力试验时，靶板系统是根据破甲弹威力指标进行设计的均质靶或复合靶板。
在靶场进行反坦克弹药威力试验时，由于大厚度均质靶板和复合装甲的材料昂贵，不可能全部使用均质装甲靶或复合装甲靶进行实弹试验。现阶段进行的破甲弹威力试验，均质靶板的水平穿甲深度已达到1200mm，虽然可以通过增大靶板法向角的方式来增大水平穿甲深度，但却不能无限增大，原因有两个：一是过度增大会破坏了破甲弹的有利炸高，二是当靶板法向角达到70°以上时，弹着角过大，易产生跳弹，不容易发火。为了满足穿甲深度，只能增加靶板的厚度，但是制造大厚度的均质装甲靶的工艺要求高，试验费用昂贵，难以承受。寻找一种能够替代大厚度均质靶的等效靶板，降低生产成本，节约试验经费，就迫在眉睫。
间隔靶的定义是，具有一定间隙的多层靶板的组合，利用这种带有间隔的结构形式有效的衰减金属射流。由于靶场进行威力试验时，对靶板厚度方向上的尺寸没有严格要求，可以通过增大间隔，从而减小有效厚度，来达到降低靶板的制造成本，节约经费的目的。
间隔靶依靠各层靶板之间物理性能的差异来干扰来袭弹丸（射流）穿透的目的。间隔靶有多层，破甲弹每穿透一层都要消耗一定的能量，各层之间还留有空隙，可以填充材料或者利用空气。间隔层在间隔靶中的作用很大，当空心装药破甲弹击中间隔靶后，高温、高压、高速的金属射流穿过外层装甲到间隔层，射流由于梯度影响，容易产生拉断，间隔层使聚能射流受到破坏，使射流丧失继续穿透靶板的能力，这就削弱了破甲弹威力，从而可以降低靶板的有效厚度。
1 射流形成和侵彻理论
1948年Birkhoff等人首先建立了射流形成和侵彻的定常理论，开辟了利用流体力学研究聚能效应的先河。假设射流微元速度为vj，破甲速度为u，不计靶板和射流的材料强度，并假定射流各微元的直径和速度都不变，则破甲速度u也是不变。一旦局部的定常状态已经建立，在射流与靶板交界面产生一驻定体（驻点），这个驻定体以速度u向靶内运动。在这种条件下，驻定点压力p作用于驻定体内的射流和靶板两种材料，根据不可压缩流体的伯努利方程有：■ρ■（v■-u）■=■ρ■u■（1）
式中：ρ■、ρ■分别为射流和靶板材料密度；vj是射流微元速度。
实际射流总是头部速度大，尾部速度小，沿射流长度有速度差，因此不能直接应用伯努利方程。
在方程（1）的基础上，可推导连续射流的侵彻深度公式为：P=Z■■-1（2）
式中：Z为射流虚拟原点到靶板前表面的位置；v■为射流的初始速度，v为相应的射流速度，γ=■。此方程即为射流对靶板侵彻深度的炸高计算法。由上式整理可得侵彻后射流速度为：
v=v■（1-■）■（3）
2 实验目的
间隔靶以其间隔的结构形式能够有效的对破甲弹进行防护，通过相关的实验和数据，可以为其防护射流提供依据。研究间隔靶对射流侵彻的防护作用，可从三个方面进行，分别是间隔靶每层的厚度、层与层之间的间隔大小以及每层之间间隔中的介质。
因此，本文在前人研究的基础上，设计了一组实验，利用某聚能射流对间隔值为10cm的间隔靶进行侵彻，分别让射流通过空气和水介质的间隔靶，通过脉冲X光摄像机，拍摄射流穿过靶板和间隙中介质的形态，借助NLG202G-2型测时仪，测量射流的穿靶时间，比较他们穿靶后的剩余速度，得出间隔靶靶与靶之间介质对射流侵彻的影响规律。
2.1 实验装置 图1为实验装置示意图，中间间隔值d为100mm；钢板材料为A3钢，每层厚度均为4mm。标准弹口径为50mm，高度为100mm，装药为聚奥-8，炸高取90mm，使用电雷管起爆聚能装药。利用50mm口径的标准弹产生的聚能射流通过预先设计好的间隔靶，实验共进行三次，第一次间隔靶之间介质为空气，第二次和第三次间隔靶之间介质为水。
2.2 实验原理 选择水的原因有以下两点：第一，水是一种容易取得的液体，与空气同属流体，但却与空气在许多方面有很大的差别。第二，水比砂土容易标定，在实验时易保持一致性。
试验中选取标尺为直径19.82mm的钢珠，将其放置于通过射流并且平行于胶片的铅锤面内，则钢珠与金属射流在胶片上具有相同的放大系数，若量取胶片上钢珠的直径为d，则本次试验放大系数λ为：λ=d/19.82。若胶片上金属射流在穿过靶板后的长度为l′，则其真实长度为：
l=l′/λ（4）
可知，如t1时刻在胶片上金属射流的穿过靶板后的长度为l1′，经过一段时间后，t2时刻在胶片上金属射流穿过靶板后的长度为l2′，则在t1至t2这段时间内金属射流的平均速度为：
v=■（5）
由于金属射流头部运动速度较快，一般在7000m/s以上，因此在较小的距离上可用此平均速度代表金属射流穿过靶板后的速度。
3 实验结果
3.1 实验现象 实验发现，在靶板的上下表面，皆有不同程度的射流飞溅现象，飞溅残渣平均分布在孔的周围，如图2所示。
第一发实验，拍摄时间为23.9μs和32.2μs，由于对时间的估算有误，只拍到了射流刚刚穿过第一层靶板进入间隔层为空气时的景况，如图3所示。
第二发实验，拍摄时间为31.0μs和39.1μs，拍摄到了射流穿透第一层钢板，进入水中，并在水中运动了一段距离，如图4所示。
第三发实验，拍摄时间为48.9μs和54.1μs，拍摄到了射流穿过第一层水介质的间隙，并穿透第二层靶板继续向下运动的景况，如图5所示。
3.2 实验结果分析 经过测量和计算，50mm标准弹射流初速约为8400m/s。第一发标准弹产生的金属射流经过第一层钢板后在空气中运动的平均速度为7500m/s，穿透2层钢板后，射流的剩余速度为7100m/s。第二发标准弹产生的金属射流经过第一层钢板后在水中运动的平均速度为6875m/s，第三发标准弹产生的金属射流经过两层钢板和之间的水介质之后的剩余速度为5770m/s。
经过大量的试验，本次实验使用的标准弹产生射流的一致性良好，通过实验结果可以看出，由同一种标准弹产生的射流在经过不同介质的间隔靶后剩余射流的平均速度有一定差别，在通过水介质的间隔靶后，射流剩余的平均速度比空气间隔靶有明显的下降。
P=■×100%=18.7%（6）
3.3 根据试验结果修正传统的侵彻公式 通过对试验结果的计算和分析，考虑水介质对射流侵彻深度的影响，用一介质系数K来修正方程（3），即：
v=（1-K）v■（1-■）■（7）
根据试验结果，对水介质间隔靶使用公式（7）可得介质系数K=18%。
4 结论
防护和侵彻是一个问题的两个方面，即相互矛盾又辩证统一。无论是靶板的材料性能还是结构形式上，实质上，影响射流侵深的各种因素主要是会造成射流的速度、质量、密度、有效长度和稳定性的降低。
间隔靶对射流侵彻能力的减小，主要原因是来源于三高区的重复建立与射流从高密度的钢板到低密度间隔层的卸载，造成射流在间隔靶之间的飞溅。由试验证实了间隔靶对射流侵彻存在着不利影响，并且水介质比空气更不利，并由试验结果求得介质系数K=18%。
由于试验的数量比较少，所以得出的参数仅供参考，要得出精确的参数，还必须要进行大量的实验。在今后设计防护装置时，如果体积不受严格的限制时，可以考虑使用间隔的结构形式，并在间隔层之间添加材料，以增强防护能力。
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