Page 5 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

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

smooth projectile but the peak value of contact moment, pulse width, and deflection angle are increased. The research reveals
the mechanical mechanism to reduce transverse overload: the serrated body of the projectile reduces the contact area between
the projectile and the target, and the transverse contact force is mainly concentrated on the upper surface of the right serrated
parts of the first two serrated grooves near the head of the projectile; the transverse contact force between the serrated body and
the target decreases, while the transverse contact force between the non-serrated parts (mainly the head of the projectile) and
the target increases. Therefore, these two parts of the projectile compete and control the reduction effects of the transverse
overload of the whole projectile in the process of deep penetration with an initial attack angle. When optimizations of structural
design are used to suppress the ballistic deflection of the serrated projectile, the transverse overload shedding efficiency of
serrated projectiles can be effectively improved.
Keywords: transverse overload shedding; attack angle; serrated projectile; deflection of trajectory

为应对冲击动力学问题，人们发展了大量安全可靠的冲击防护结构 [1-3] 和高侵彻能力的武器装备 [4-5] 。
现代化战争中，随着地面目标的加固防护及高价值目标等的深埋防护，使钻地武器成为有效打击和威慑
此类目标的重要手段。为提高钻地弹的打击效率，在维持弹体结构完整性的前提下，需尽可能加大弹体
[12]
[11]
的侵彻深度。通过优化弹头形状 [6-10] 、增大弹体长径比 、提高弹体初始撞击速度 、优化弹材和质量比 [4]
等，能够实现钻地弹最大侵彻深度的提升。然而，由于钻地过程中存在靶体不均匀及不对称性、弹体侵
蚀和变形、弹体飞行时气动扰动等因素影响，实际弹体通常以非理想正侵彻姿态着靶，即弹体着靶的倾
角和攻角非零，影响钻地弹的侵彻和打击能力 [13] 。
对非正侵彻过程中钻地弹的动力学问题已有很多研究 [13-22] 。非正侵彻姿态将引入垂直于弹轴的横
向作用力。横向作用力一方面推动弹体沿垂直于弹体轴向的平动，另一方面促使弹体绕质心转动，从而
减小弹体的有效侵彻深度。过大的横向作用力还可能导致弹体结构弯曲甚至被破坏，从而降低弹体的
侵彻能力。与倾角相比，攻角对弹体偏转的影响更大。为此，学者们开展了抑制弹体偏转的研究，通过
优化弹体质心系数 [20] 、弹身变径结构设计（尾裙等） [23-24] 、弹体着靶姿态控制 [13, 25] 等提升弹体的弹道稳定
性。若弹体在整个侵彻过程中均不发生明显的结构弯曲，常规设计的弹体在弹身全部埋入靶内后，弹道
轨迹近似为直线 [17, 26] 。这说明在约一个弹长的侵深范围内，弹体的横向作用力及偏转力矩同时降至零。
在如此短的侵深范围内将横向运动消除，说明弹体在此过程中承受了较大的横向加速度（过载），其峰值
通常与轴向过载的峰值相当。较大的横向过载峰值可能损坏对过载方向敏感的弹载元器件。为此，本
文中主要通过弹体外形设计降低弹体的横向过载峰值。
综上所述，学者们对维持深侵彻弹体的弹道稳定较为关注，希望在较短的侵深范围内消除弹体的横
向 运 动 ， 而 对 攻 角 引 起 的 高 横 向 过 载 峰 值 问 题 研 究 较 少 ， 甚 少 关 注 降 低 横 向 过 载 峰 值 的 有 效 方 法 。
2023 年，Spawn [27] 首次提出了一种锯齿弹身的钻地弹结构，并开展了数发素混凝土侵彻试验，研究结果
表明，锯齿弹身外形具有横向降载作用，但该研究并未深入分析弹型结构侵彻的降载机理和影响因素。
本文中将采用数值模拟方法，进一步对比分析锯齿弹与常规光滑弹的侵彻动力学响应，研究弹体横
向过载及弹道偏转规律，揭示锯齿弹的横向降载机理，以获得影响降载效果的关键因素及提高降载效率
的方法。

1 数值模拟模型

1.1 几何模型

为对比锯齿弹的侵彻效果，同时设计了一种等径圆柱弹身结构的光滑弹，如图 1 所示。两种弹体均
主要由锥形弹头、弹身和尾盖组成，主要差异在于弹身结构，如图 1（a）所示。光滑弹弹身为等径圆柱；锯
齿弹的弹身表面均布数个 V 形环槽，环槽对称轴与弹体轴线重合，弹身剖面形状与锯齿相似。为突出两
种弹型的弹身锯齿外形结构差异，忽略了文献 [27] 中两种弹体内部装填的硬回收装置，并将尾盖和弹身
合并到一起。为研究锯齿弹弹身不同几何区域的受力特性，将锯齿区上下平分，上半区域和下半区域分

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