Page 19 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

−1
−2
−50
−100 θ θ −50 θ δ θ
−100
−150
−200 −150
−250
第 45 卷 王 帅，等： 锯齿外形对弹体带攻角侵彻横向过载的影响 第 5 期

150
Serrated, X c =0.41
100 Serrated, X c =0.47
50
0
F t /kN −50 θ=1°
−100
−150 Serrated, X c =0.53
Serrated, X c =0.58
−200 Serrated, X c =0.64
−250 Smooth, X c =0.58
0 2 4 6 8 10 12 14
Time/ms
(e) Transverse contact force for all Parts
图 18 不同质心系数时锯齿弹偏转角、瞬时攻角、横向接触力变化趋势
Fig. 18 Variation of deflection angle, instant attack angle and transverse contact force for
serrated projectiles with different mass centers
滑弹较为接近，可近似认为此时两者弹道偏转过程及程度相当，而其他 4 个工况的偏转角及瞬时攻角均
显著大于光滑弹，弹道偏转程度明显更严重。而 X =0.41 时的锯齿弹非锯齿区的横向接触力也与 X =
c
c
0.58 时的光滑弹较为接近，如图 18（d）所示，因而此时光滑弹与锯齿弹的受力差异仅体现在弹身锯齿
区。此外，在锯齿弹锯齿区及非锯齿区，横向接触力均随弹体质心位置的前移而显著减小。在质心前移
前后，相比 X =0.58 时的光滑弹，锯齿弹锯齿区横向接触力峰值由光滑弹的 56% 减小到光滑弹的 13%，而
c
锯齿弹非锯齿区横向接触力的峰值由光滑弹的 3.15 倍减小到光滑弹的 0.96 倍。相比光滑弹，表 4 中
5 种工况锯齿弹的总横向接触力峰值分别降低−20.4%、29.2%、48.8%、45.9%、68.6%，如图 18（c）～（e）所
示。由于 X =0.41 时锯齿弹与光滑弹弹道的偏转程度相当，因而可近似认为，在相同的弹道偏转情况下，
c
锯齿弹横向降载效率为光滑弹的 68.6%，相比图 8（d）中 30.6% 的降载效率，降载能力显著提升。

4 结 论

基于一种新型锯齿弹构型，通过对弹体小初始攻角侵彻混凝土靶体问题开展数值模拟分析，系统研
究了锯齿弹不同于传统光滑弹的侵彻运动特征和弹靶间的受力作用规律，深入揭示了锯齿弹的横向降
载机制，并提供了一种提升降载效率的方法。主要结论如下。
(1) 当弹体以较小初始攻角侵彻时，与光滑弹相比，锯齿弹外形不损失弹体轴向侵彻能力，但可降低
弹体横向过载峰值，同时伴随更大的弹体偏转角度。
(2) 锯齿弹横向降载机理在于，弹身与靶体接触区域集中在弹体上部，且接触力主要由靠近头部的
1～2 个右锯齿承受，这使得锯齿弹弹身横向接触力降低，且难以抑制锯齿弹的弹道偏转。
(3) 锯齿弹的易偏转特征将增大锯齿弹瞬时攻角，从而增加锯齿弹非锯齿区的横向接触力，锯齿弹
身横向降载与非锯齿弹头横向增载相互竞争。随攻角增大，锯齿弹总的横向降载能力呈下降趋势。
(4) 当弹体质量、质心位置、着靶速度及侵彻靶标相同，初始攻角分别为 1°、2°和 3°时，与光滑弹相
比，锯齿弹横向过载峰值分别降低 30.6%、5.2% 和 11.3%。若通过改变质心位置实现锯齿弹与光滑弹类
似的弹道偏转，当初始攻角为 1°时，与光滑弹相比，锯齿弹横向降载能力可提升至 68.6%。
本文分析结果仅适用于亚声速小攻角侵彻工况，针对攻角倾角耦合、超声速侵彻、高强度靶标等更
为复杂的侵彻条件，将在未来工作中进一步展开讨论与分析。对于锯齿可能引入的弹身抗弯极限强度
降低问题，也将在未来工作中一并讨论。

参考文献：
[1] 余同希, 卢国兴, 张雄. 能量吸收: 结构与材料的力学行为和塑性分析 [M]. 北京: 科学出版社, 2019: 303–330.

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