小型PELE尾翼设计的试验研究

2016-01-29陈伟陈秋红殷春武陈瑶张鑫

机械制造与自动化 2015年4期

陈伟，陈秋红,殷春武，陈瑶，张鑫

(1. 中国人民解放军73853部队，江苏南京 211811； 2. 南京理工大学，江苏南京 210094； 3. 南京禄口国际机场江苏南京 211113 ； 4. 南京军区联勤部信息中心，江苏南京 210016；5. 中国人民解放军73841部队，江苏南京 210003)

小型PELE尾翼设计的试验研究

陈伟1,2，陈秋红3,殷春武1，陈瑶4，张鑫5

摘要：围绕小型PELE研究过程中出现弹丸飞行不稳定的问题，针对PELE弹丸的特点，加装与之相适应的尾翼使之达到稳定飞行的目的。通过试验验证，对高速摄影捕捉到的影像进行分析发现该尾翼能够满足发射强度、飞行稳定以及在撞击目标后能够有效脱落。

关键词：横向效应增强型侵彻体；飞行稳定性；试验研究；尾翼；高速摄影

Experiment Research on Small PELE Tail Design

CHEN Wei1,2, CHEN Qiuhong3,YIN Chunwu1, CHEN Yao4, ZHANG Xin5

(1. Unit 73853 of PLA, Nanjing 211811，China; 2. Nanjing University of Science and Technlogy, Nanjing 210094，China;

3. Nanjing Lukou International Airport, Nanjing 211113，China; 4. Nanjing Military Logistics Department Information

Center, Nanjing 210016, China; 5. Unit 73841 of PLA, Nanjing 210003，China)

Abstract:Around the instability problem of projectile flying in the study of small PELE and according to the characteristics of PELE projectiles, installing the suitable tail to aims at steady flight. Through the test and analysis of captured images in high-speed photography, it is found that the tail can meet the requirements of the emission intensity and stable flight and after striking the target it can effectively sheds.

Keywords:PELE; flight stability; experimental study; tail; high-speed photography

0引言

横向效应增强型侵彻体(PELE)是一种不需要装填炸药，不装备引信，依靠物理作用攻击目标的多功能新概念弹药，主要用于反轻型装甲和城市巷战等领域。该弹主要由大密度金属外壳和低密度惰性材料为装填物构成。在撞击目标时，壳体侵彻目标而内核装填物被压缩径向膨胀，导致壳体内壁压力剧增，弹丸穿透目标后，能量瞬间释放导致壳体破裂成具有毁伤效应的大量破片弹丸，从而有效对付靶后目标[1-2]。目前公开的资料上对PELE毁伤效应研究较多，黄德雨、王坚茹等[3]，对不同材质外壳的PELE进行了数值计算和试验研究。结果表明陶瓷PELE在穿靶后横向效应形成比较理想，靶后破片能量足以杀生；压拉张度比很大的硬脆材料均可作为PELE的外壳。梁民族、李翔宇等[4]，发现旋转能够增强破片飞散角和杀伤面积，着速能够增大飞散角，但有效破片数有所减少。Fan shaobo和Chen zhigang等[5], 研究了不同装填物对PELE毁伤效能的影响；Zhang hongcheng和Yin jiangping等[6]，研究了壳体刻槽对PELE毁伤效应的影响。

较大体型PELE因质量和外形的优势不存在飞行不稳定现象，小型PELE容易出现飞行不稳定的情况，文中针对小型PELE的特点，设计出能够满足条件的尾翼。

1尾翼的设计

综合考虑价格便宜、设计简单和发射装置孔径等因素，选择斜梯形尾翼，结合试验研究小型PELE弹丸尺寸，参照魏惠之[7]等设计理论确定尾翼的尺寸，采用武频，赵润祥[8]，于煌斌，张靖[9]等方法进行仿真，确保尾翼阻力能够满足要求。为进一步加大整弹质心与阻心之间距离，在弹丸质量和尾翼形状不变的要求下，主要采取两种措施，1) 将尾翼的中间部分钻空，减轻尾翼的质量；2) 拉长尾翼与弹体的连接部长度。为不影响PELE壳体靶后破裂，将尾翼翼片置于连接部之后，确保撞击目标后尾翼能够顺利脱落。按照试验膛压的最大值，校核孔低端距离尾翼端面之间的距离，避免在发射药将尾翼胀裂。内螺纹低端与翼片之间按照应力理论保持相应的距离，保证翼片连接强度。设计的尾翼如图1所示。

图1　尾翼图示

2试验验证

试验场布置如图2所示，集弹器将弹托和发射药收集起来，避免对高速摄影和测速装置的影响，紧靠集弹器布置测速靶，两测速靶间距8m，后测速靶1m处布置靶板。高速摄影装置对弹丸的整个飞行过程进行拍摄。

图2　试验场布置

因为小型PELE弹丸质量很小，在飞行的过程中，尚未燃烧的发射药颗粒在出炮口的瞬间极可能对弹丸的飞行姿态造成很大影响，同时由于小型弹丸的壁厚较薄，外形气动性较差，也造成飞行不稳定。弹托脱落各部分脱落的不同时性，也会对弹丸造成的影响。在图3(a)中能够观察到安装尾翼的弹丸在飞行中比较稳定；在图3(b)中则显示出弹丸在飞行中已经发生翻转。

图3　高速摄像拍摄弹丸飞行情况

从图4(a)中能够看出，为安装尾翼的弹丸呈横置状态撞击在靶板上，回收的PELE弹变形严重但弹壁未形成破片。从图4(b)能够看出弹丸按照预定姿态着靶，靶板正面留下尾翼撞击痕迹，且痕迹较浅，基本上能够说明尾翼脱落并未丧失弹丸太多能量。回收的尾翼翼片也未发生较大的变形。出靶板后弹丸按照设计预想破碎成较多的破件，在后效验证靶板上呈圆形散布。

图4　靶板情况

在只加装尾翼不改变其他条件下，两次测得的弹丸速度分别为689m/s和654m/s，两者相差5.1%。这也是完全可以接受的，说明在加装尾翼后并未对弹丸的初速造成太多的能量损失，在实验允许的误差范围之内。

3结语

通过对高速摄影录像回放，发现该设计尾翼能够确保小型PELE弹丸飞行的稳定性。对靶板痕迹和回收的尾翼翼片分析，能够得出在尾翼脱离的过程中丧失的能量是可以接受的。通过两次实验测得速度比较，在相同条件下采用该设计尾翼，并未造成弹丸能量的过量损失。故该设计能够满足设计的各项要求。

参考文献:

[1] Paulus G. Impat behavior of PELE projectiles perforating thin target plates. [J]. International Journal of Impact Engineering 2006,33 (1) :566-579.

[2] Paulus G，Chanteret P Y, Wollmann E. PELE:A new penetrator concept for the generation of lateral effects[C]. 21stInternational Symposium on Ballistics. Adelaide , Australia : IBC，2004:104-110.

[3] 黄德雨，王坚茹，陈兆荣，等. 陶瓷外壳材料对PELF作用性能的影响[J]. 爆破器材，2011，40(4): 5-8.

[4] 梁民族，李翔宇，卢芳云，等. 转速和着速对PELE横向效应的影响[J]. 弹箭与制导学报，2012，32(6):48-50.

[5] Fan shaobo,Chen zhigang. Influence of filling material on penetration of PELE into concrete target [J]. Opdnance material science and engineering ，2012，35(5) : 48-50.

[6] Zhang hongcheng，Yin jiangping.Numerical study on the damage efficiency of half-premade fragmented PELE[J]. Opdnance material science and engineering ，2013，36(1).

[7] 魏惠之，朱鹤松，等. 弹丸设计理论[M]. 北京：国防工业出版社，1985.

[8] 武频，赵润祥，郭锡福. 脱壳穿甲弹弹托分离二维数值模拟[J]. 弹箭与制导学报，2001，21(2): 27-47.

[9] 于煌斌，张靖，王克勤. 新型有翼弹托脱壳机理研究[J]. 兵工学报，2009，30(6): 668-671.