中国科学院力学研究所机构知识库

    破甲弹是以具有内衬金属罩空腔的聚能装药爆炸后形成的高速金属射流摧毁坦克等装甲目标(图1)。空腔装药的聚能效应在十九世纪末被人们所发现， 在第二次世界大战期间得到广泛应用，主要用于反坦克武器。破甲弹射流侵彻的理论研究始于二战期间，最具代表性的射流侵彻理论是由G. I. Taylor和G. Birkhoff等于上世纪40年代建立的不可压流体理论。Taylor等巧妙地利用不可压流体力学中的Bernoulli方程，建立了射流侵彻深度与射流长度之比和射流与靶板密度比之间的简明而重要的关系，成为了二战后期及战后20-30年破甲弹设计的主要理论依据。但是，Taylor的流体理论存在明显的局限性。该理论指出侵彻深度主要取决于材料的密度，如果射流和靶板密度相同，理论预测的侵彻深度应该与射流长度相等。二战以后，装甲材料的研究取得很大进展，高强度金属、陶瓷等材料的研制成功和应用，大大增强了装甲防御破甲弹的能力，材料强度也起着重要的作用， “矛”与“盾”的关系发生了显著变化。于是，人们对侵彻机理有了一些新的思考，试图探索密度之外其他可能的影响因素，包括Eichelberger、Alekseevskii、Tate等在Taylor不可压流体模型基础上引进材料屈服强度或硬度修正的尝试。但是，总体看，这些工作是经验性和试探性的，没有建立较为完善的理论模型，多数属于从工程角度提出的一些修正方法。
    上世纪六十年代末，我国的破甲弹、穿甲弹等反坦克武器水平与欧美、苏联等军事强国尚有相当差距。1969年3月苏联入侵珍宝岛引发中苏珍宝岛战役，在这次战役中，苏联出动了高强度装甲的T-62坦克。当时我军装备的主要反坦克武器，如75毫米无后坐力炮、85毫米加农炮和56式火箭筒等，都无法有效地击穿苏联的T-62的正面装甲。因此，国家安全领域迫切需要发展更为完善的破甲射流侵彻理论以提高破甲弹威力。在此前后的时间，相关的兵器产业部门走访力学所寻求合作。在此背景下，郑哲敏决定开展破甲机理和模型律的研究，一方面是应对苏联可能发动的坦克入侵；另一方面，在核爆当量预测研究任务中所建立的流体弹塑性体模型为突破当时国际流行的破甲机理奠定了理论储备。于是，从70年代初开始，郑哲敏及其领导的爆炸力学研究团队与相关兵器部们合作，通过理论分析、模型与现场实验研究，系统地建立了破甲射流侵彻的流体弹塑性理论，阐明了破甲过程的机理, 建立了定量、可靠和实用的计算公式，为我国破甲弹等武器设计、制造提供了崭新理论基础。郑哲敏在破甲机理方面的研究成果丰富，这里仅主要介绍以下几方面的工作：(1)射流侵彻模型律；(2)射流准定常侵彻的线性律；(3)准定常侵彻阶段侵彻速度与射流速度关系；(4)射流稳定性的控制机理。

    图1 聚能射流示意图