Page 140 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 吴 昊，等： 超高速武器战斗部侵彻效能分析与混凝土遮弹层设计 第 3 期

warhead reaches maximum penetration depth when NSC, UHPC, and CRC shields subjected to penetration at Ma=4, Ma=4,
and Ma=3, respectively, with depths of 4.26, 3.74, and 1.00 m. Due to instability phenomena of projectiles, such as fractures at
the junction between the head and body caused by local stress concentration, further increases in penetration velocity lead to a
decrease in penetration effectiveness; (2) compared with the combined penetration and explosion damage depths of
conventional sound speed penetrating warheads SDB, WDU-43/B, and BLU-109/B, the penetration depths induced by AGM-
183A into NSC, UHPC, and CRC shields are 3.2, 1.6, and 1.8 times, 4.7, 2.1, and 2.2 times, and 3.4, 1.3, and 1.5 times higher,
respectively; (3) the recommended design thicknesses of the three shields against the AGM-183A hypervelocity weapon
warhead are 8.01, 7.03, and 1.88 m, respectively. The UHPC shield shows no significant improvement subjected to
hypervelocity penetration compared with the NSC shield. Comparatively, the CRC shield is recommended for shield design,
which can be effectively subjected to both conventional subsonic and hypervelocity impacts.
Keywords: hypervelocity; AGM-183A; concrete shield; protective design; corundum rubble concrete

为提高打击和突防能力，各军事强国均加速发展超高速武器技术。超高速武器在俄乌和中东地区
的实战表明，重要军事防护结构面临超高速武器打击的威胁。与常规钻地武器以声速打击目标并通过
侵彻-爆炸联合作用的毁伤模式不同，超高速武器主要依靠动能侵彻目标，其末端打击的马赫数（Ma）通
常大于 3 [1-2] 。混凝土遮弹层是防护结构抵抗钻地武器打击的主要屏障，因此开展超高速武器战斗部侵彻
混凝土遮弹层的效能分析对于新建和已建防护结构的设计与安全评估具有重要意义。
已有研究通过开展弹体超高速侵彻混凝土靶体试验，探究弹体侵彻速度、材料以及靶体强度等因
素对侵彻深度的影响。Forrestal 等 开展了 0.064、0.480 和 1.600 kg 尖卵头形 4340 钢弹以 1 009～1 682 m/s
[3]
的速度侵彻 13.5～64.8 MPa 混凝土靶体试验，Kong 等 和 Zhang 等 开展了 6 g 平头 45 钢弹以 510～2 891 m/s
[5]
[4]
的速度侵彻 52.5 MPa 混凝土靶体试验，王可慧等 [6] 开展了 0.15 kg 尖卵头形 30CrMnSiNi2MoVE 钢弹以
1.03～1.52 km/s 的速度侵彻 36.3 MPa 混凝土靶体试验，钱秉文等 [7-10] 和周刚等 [11] 分别开展了 1.72 g 平头 93W
钨合金弹以 1.82～3.66 km/s 的速度和 1.72 g 平头 G50 钢弹以 1.01～1.66 km/s 的速度侵彻 42.7 MPa 混凝
土靶体试验。上述试验主要分析了侵彻深度随侵彻速度的变化规律，并根据弹体的变形和破坏形态将侵
彻过程划分为刚性侵彻、变形非侵蚀侵彻和侵蚀侵彻 3 个阶段，进一步提出了相应的侵彻深度计算公式。
武海军等 [12] 开展了 0.1 kg 尖卵头形 30CrMnSiNi2A 钢、30CrMnSi 钢、45 钢、Q235 钢和 HPb59-1 钢弹以
1.000～1.425 km/s 的速度侵彻石灰石和石英石骨料混凝土靶体试验。钱秉文等 [9] 开展了 1.72 g 高韧性、
高强度和标准 93W 钨合金平头弹以 2.3～3.6 km/s 的速度侵彻 42.7 MPa 混凝土靶体试验。Wu 等 [13] 开展
了 0.392 kg 尖卵头形 D6A 钢弹以 1.15～1.32 km/s 的速度侵彻 35～142 MPa 混凝土靶体试验。薛建锋等 [14]
开展了 0.05 g 不同头部形状 35CrMnSiA 钢弹以约 1.0 km/s 的速度侵彻 40 MPa 混凝土靶体试验。上述试
验主要讨论了弹靶材料和弹体头部形状对侵彻深度的影响。此外，周忠彬等 [15] 开展了 25 kg 弹体以 1.1～
1.3 km/s 的速度侵彻 39.2 MPa 钢筋混凝土靶体试验。董凯等 [16] 开展了 20 kg 弹体以 1.0 km/s 的速度侵
彻 40 MPa 混凝土靶体试验。汪斌等 [17] 开展了 52 kg 弹体以 1.3 km/s 的速度侵彻 35 MPa 混凝土靶体试
验。上述试验均采用了大质量弹体，但试验数量较少（共 7 发），且靶体尺寸均偏小，存在明显的边界效应。
由于弹体超高速侵彻混凝土靶体试验成本较高，且弹体入射姿态控制和靶体动态响应测试难度较
大，因此数值仿真成为相对高效的分析手段。邓国强等 [18] 将超高速武器简化成直径 0.5 m、长 2 m 的圆
柱形实心钢杆弹，采用光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics, SPH）方法对其以 850～
6 800 m/s 的速度侵彻花岗岩靶体进行数值模拟，分析了不同速度区间弹、靶的破坏形态以及靶体内部应
力波的传播规律。张山豹等 [19] 同样采用 SPH 方法对直径 0.2 m、长 2 m 的圆柱形实心钨杆弹以 1.5～
5.0 km/s 的速度侵彻石灰岩靶体进行数值模拟，分析了超高速侵彻下石灰岩靶体的破坏形态、应力波传
播规律以及地冲击效应。李争等 [20] 采用任意拉格朗日-欧拉（arbitrary Lagrange-Euler, ALE）方法对“上
帝之杖”动能弹（直径 0.2 m、长 2 m 的圆柱形实心钨杆弹）以 3.4 km/s 的速度侵彻普通强度混凝土靶体
开展数值模拟，分析了侵彻过程中弹体侵彻速度和侵蚀程度的变化规律。

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