S-2玻纖增強樹脂基復合材料彈托的試驗研究

  隨著裝甲防護技術的迅速發展,各發達都在致力于提高大口徑桿式脫殼穿甲彈的穿甲威力。從理論上分析,作為影響穿甲威力的因素之一,彈托的重量屬于消極重量,因此減輕其質量是一條重要途徑。彈托材料的應用和研究應以輕質為重點,盡量選用比強度高,韌性好的材料。由于樹脂基復合材料密度小,具有很高的機械強度,材料來源廣,生產工藝可行,因此是彈托的理想材料。

1 實驗部分

1.1 材料
  試驗采用S-2玻纖增強樹脂基復合材料,其性能如表1.1。

表1.1 S-2玻纖增強樹脂基復合材料性能
Tab.1.1 Properties of S-2 glass fibre reinforced composites

序號 檢驗項目 FC-008材料 實驗部分
定向纖維 短切纖維
1 密度/g.cm-3 1.7~1.85 1.7~1.85 GB463-88
2 彎曲強度/MPa 1400 700 GB1499-83
3 彎曲模量/GPa 40 25 GB1499-83
4 沖擊強度/kJ.m-2 800 400 GB1043-79
5 拉伸強度/MPa 1 000 / GB1447-83
6 壓縮強度/MPa   250 GB1448-83
7 馬丁耐熱/℃   >280 GB1035-70
8 吸水率%   ≤0.1 GB1462-88
9 計算收縮率%   ≤0.1 GB1404-86
10 揮發物含量%   4~7 GB6065-85

1.2 復合材料彈托成型工藝
  復合材料彈托采用模壓成型工藝壓制,嚴格控制模壓壓力、溫度和時間。其成型工藝流程如圖1.1所示。

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圖1.1 復合材料彈托成型工藝流程圖
Fig.1.1 Processing flow chart of composite sabot

1.3 實驗用主要設備和儀器
  25mm滑膛炮(長炮);
  NAC16HD型高速攝影機;
  理光照相機;
  HJ202測速儀;
  測壓器(銅柱法)。
1.4 彈丸結構
  彈托組合,機械加工達到尺寸要求。在密封套外表面涂上高溫涂料,烘干固化,依次裝上彈托、彈帶、密封套和尾翼。彈丸結構如圖1.2所示。

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圖1.2 彈丸結構圖
Fig.1.2 Structure of the projectile

1.5 測試內容及原理
  測彈芯飛行姿態及彈托脫殼狀況 當彈丸發射時(電點火),同時啟動高速攝影機;彈丸出炮口后,由高速攝影機記錄其脫殼及飛行姿態。高速攝影機為NAC16HD型,拍攝速度為每秒14 000幅左右,距炮口平均1.78m。
  測彈芯出炮口后的速度 用鋁箔測速儀記錄彈芯在兩靶間的飛行時間,根據靶距即可求出彈芯的飛行速度。
  測發射時膛壓 由銅柱測壓法求得。
  測彈托空間分布、完整性和彈芯章動情況 在測速靶后置一紙靶,每次發射完畢,收集相應的紙靶碎片。復原后,紙靶上就留下彈托穿透的痕跡、飛散的空間分布及其完整性。同時,根據彈托留在紙靶上的彈孔尺寸,結合彈芯的特征尺寸,還可以確定彈芯在該位置的章動情況。
  回收彈托,觀察其破壞形態。

2 結果與討論

2.1 試驗結果
  試驗共發射5發彈,所得結果如表2.1所示。

表2.1 試驗數據
Tab.2.1 Data of the experiments

彈號 全彈重
/g
彈芯重量
/g
裝藥
/g
彈芯速度
/m.s-1
 膛壓
 /MPa
1
3
21)
41)
54)
93.4
92.6
88.4
92.4
93.1
48.9
48.9
48.9
48.9
48.9
165
165
180
190
175
未測
1 747
1 843
1 979
1 804
3632)
3542)
4253)
>5203)
4153)
注:1) 第2、4號彈,裝配時彈芯與彈托相配合的環形齒前置一個;
  2) 膛壓值為查表所得;
  3) 根據膛壓表中已有的值進行插值所得;
  4) 彈芯斷。

2.2 討論
  (1) 彈托質量與初速的關系
  在穿甲彈上,彈托質量屬于消極質量,越輕越好。在其它參數不變的情況下,其質量與彈丸初速的關系為

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其中,v0f 彈托減輕后彈丸初速;
   v0 彈托減輕前彈丸初速;
   m0 彈托減輕前質量;
   mf 彈托減輕后質量。
  從公式上可以看出,彈托質量越輕越有利于初速的提高。
  (2) 彈托的強度
  試驗中大膛壓達到520MPa,初速為1 979m/s與鋁合金彈托相當,能夠滿足其發射強度要求。
  (3) 彈托脫殼過程
  彈托脫殼過程可以從高速攝影照片上觀察到。彈托的脫殼是在彈丸出炮口的瞬間發生的,從圖2.1(a)第1發照片上觀察,脫殼順利且均勻。隨著膛壓升高,彈芯會出現斷裂,但不影響脫殼,如圖2.1(b)第5發所示。

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圖2.1 高速攝影照片
Fig.2.1 High speed photographs

  (4) 彈托飛散情況
  從章動紙靶復原圖上觀察,實驗的彈托在空間飛散較均勻,基本滿足要求。

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圖2.2 紙靶照片
Fig.2.2 Picture of paper target

  對于穿甲彈丸來說,彈丸在膛內應作用可靠,出炮口后彈芯完整,沒有章動或章動在允許范圍之內。從試驗靶場回收的彈托來看,除齒部有膨化現象外其形狀基本完好,彈托尾部破壞相對較多;從高速攝影照片上看,彈托在炮口附近脫殼較順利;從章動靶上觀察,彈托散布較均勻,形狀基本完好,彈芯章動普遍很小或沒有。分析原因可能為彈托出炮口后產生部分膨化現象,致使彈托齒部蓬松,從而對彈芯的磕碰和擾動較小。

3 結論

  (1) S-2玻纖增強樹脂基復合材料能滿足25mm模擬彈的發射強度要求,并且章動小。
  (2) S-2玻纖增強樹脂基復合材料是一種理想的彈托材料,有利于增加初速,提高穿甲威力。