Page 8 - 《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

2 侵彻动力学规律分析

2.1 弹体侵彻运动
为研究锯齿弹的运动学特性及动力学降载机理，对无初始攻角（即攻角为 0°，理想正侵彻姿态）和初
始攻角分别为 1°、2°、3°时锯齿弹的运动学特性进行分析，并与光滑弹进行对比，弹体结构如图 1 所示。
当弹体从右向左侵彻时，定义弹体绕逆时针方向偏转为正攻角。为消除两种构型弹体几何外形不同造
成的质量差异，对左锯齿区、右锯齿区及其他区域的材料密度进行修正，使得两个弹体的总质量保持一
致，均为 33.5 kg（与文献 [27] 一致），且质心位置完全相同。这种修改密度的方法消除了两种弹型因质量
与质心差异造成的侵彻响应差异，为进一步分析锯齿外形对弹体侵彻动力学影响的研究奠定了基础。
两种弹型的计算工况如表 3 所示，其中 X 为质心系数，定义为弹体质心到弹尖的长度与整弹长度之比。
c

表 3 不同攻角时光滑弹与锯齿弹的侵彻工况设计
Table 3 Penetration condition of smooth and serrated projectiles at different attack angles
−3
工况 弹体类型 初始攻角 θ /（°） 质心系数 X c 左锯齿密度/(g·cm ) 右锯齿密度/(g·cm ) 其他区域密度/(g·cm )
−3
−3
1 光滑弹 0 0.58 8.525 8.525 8.525
2 锯齿弹 0 0.58 9.800 11.000 8.525
3 光滑弹 1 0.58 8.525 8.525 8.525
4 锯齿弹 1 0.58 9.800 11.000 8.525
5 光滑弹 2 0.58 8.525 8.525 8.525
6 锯齿弹 2 0.58 9.800 11.000 8.525
7 光滑弹 3 0.58 8.525 8.525 8.525
8 锯齿弹 3 0.58 9.800 11.000 8.525

理想正侵彻时，两种不同构型弹体的弹道轨迹对比如图 4 所示，整弹质心位置的位移和总体加速度
对比如图 5 所示。其中，δ 表示位移；采用傅里叶低通滤波的方法对加速度时间历程曲线进行滤波，滤波
截止频率为 1 kHz（后续接触力采用相同方法处理）。可见，光滑弹与锯齿弹弹道轨迹差异较小，在 x 轴
方向的位移基本一致，如图 4 和图 5（a）所示；在 y 轴方向两者位移均较小，其中光滑弹为 4.4 mm、锯齿弹
为 6.3 mm，如图 5（b）所示。光滑弹与锯齿弹的轴向加速度基本一致，如图 5（c）所示，横向加速度均在
0 附近小幅震荡，如图 5（d）所示。鉴于弹靶结构及着靶条件的对称性，理论上，0°攻角时弹体不应产生横
向位移。然而，由于数值计算中存在沙漏，同时采用单元删除表征材料失效，因此，即使在理想正侵彻
时，这些因素产生的数值扰动也将导致数值仿真中仍存在小幅横向力，从而产生小幅的弹体横向位移。
基于相同的靶体网格及类似的弹体网格，数值分析对比显示，锯齿弹对数值扰动更敏感。

Smooth

Serrated

图 4 理想正侵彻时光滑弹与锯齿弹的弹道轨迹对比
Fig. 4 Comparison of ballistic trajectories between smooth and serrated projectiles during ideal normal penetration

当初始攻角分别为 1°、2°、3°时，光滑弹和锯齿弹的弹道轨迹均发生偏转，相同条件下，光滑弹的偏
转小于锯齿弹，初始攻角越大，弹体偏转越明显，如图 6 所示。图 7 展示了不同初始攻角时光滑弹和锯齿

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