Page 30 - 《爆炸与冲击》2025年第12期

第 45 卷 张鸿宇，等： 颗粒靶体撞击溅射行为研究进展 第 12 期

关于非对称溅射幕的产生机制，结合 Anderson 等 [126] 的研究，可以从靶体次表层颗粒流场的角度进
行分析。在撞击过程中，靶体次表层形成 2 种主要的颗粒流场：动量驱动流场和能量驱动流场。动量驱
动流场主要由撞击体传递的动量驱动，而能量驱动流场则是由弹丸传递并累积至靶体的能量主导。这

2 种流场均在撞击过程的接触压缩阶段形成，其中动量驱动流场在此阶段起主导作用，推动靶体颗粒沿
撞击体速度方向深入至次表层；而能量驱动流场则在开坑阶段发挥主导作用，引导靶体颗粒产生水平方
向的运动。流场的中心大致位于撞击体下方 1～2 倍撞击体半径处 [126, 129-130] 。在斜撞击中，撞击体水平动
量的存在促使颗粒流场中心同时沿铅垂和水平 2 个方向运动 [131] ，叠加能量驱动流场后，将进一步导致颗
粒溅射，形成非对称溅射幕。
综上所述，撞击速度的变化虽会影响溅射幕的溅射角度，但对撞击成坑和溅射相似律的影响有限，
现有模型仍可用于对实际撞击事件的分析。撞击角度则可显著影响成坑和溅射过程，直接导致撞击坑
和溅射幕形貌的非对称性变化。目前已建立的 Z 模型和相似律无法直接描述成坑和溅射过程中不同参
量间的相关关系。因此，未来有必要深入研究弹丸斜撞击颗粒靶体的行为，以揭示非对称成坑和溅射过
程的形成机制，进而完善和修正相关模型，为地面实验结果的外推提供理论支撑。

5 靶体表面形貌对溅射行为的影响

目前关于颗粒靶体表面形貌对溅射幕形成和扩展影响的研究主要有以下 3 个方面。(1) 倾斜表面靶
体，主要模拟天体表面，特别是小行星表面的斜坡地貌。对撞击过程的影响体现为产生上边缘清晰、下
边缘塌落的撞击坑。如图 16 [132] 所示，实际探测任务中，“黎明号”（Dawn）对灶神星（Vesta） [132] 以及
“罗塞塔号”（Rosetta）对司琴星（Lutetia） [133] 的探测中均观察到了该类型的撞击坑。(2) 表面多撞击坑
靶体，主要模拟撞击点附近存在形成年代更早的撞击坑的情形，对撞击溅射的影响体现为形成含有空缺
区或射线形的溅射幕。(3) 表面沟壑靶体，主要模拟撞击点附近因地质活动存在复杂沟壑的情形，撞击过
程同样形成射线形溅射幕。

(a) Crater on a slope with a sharp crest uphill and (b) Color-coded image-textured three-dimensional
slumping material covering the lower rim perspective views

图 16 灶神星斜坡撞击坑特征 [132]
Fig. 16 Characteristics of craters on the slopes of Vesta [132]

5.1 倾斜表面靶体
z
针对倾斜表面靶体的撞击过程，当前的研
究重点集中在颗粒流动性导致的撞击坑壁塌落 x
现象，特别是围绕坡度角 δ 对撞击成坑特性的影
γ
响开展，而对于撞击溅射的影响研究仍处于初步
阶段。倾斜表面靶体的坡度角与撞击角等相关
参数的定义如图 17 所示。 δ
在已开展的实验研究中，Aschauer 等 [134] 通 图 17 倾斜表面靶体坡度角与撞击角的定义
过竖直发射装置开展了靶体坡度角 0°＜δ＜25° Fig. 17 Definition of slope angle and impact angle

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