Page 141 - 《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

综上分析，混凝土遮弹层抗超高速武器战斗部的侵彻作用研究仍存在以下不足：(1) 已有的超高速
侵彻试验和数值模拟工作较多集中于小直径弹体 [3-14] 或大质量实心圆柱弹体 [18-20] ，未能反映真实大直径
空心薄壁战斗部在侵彻过程中的变形、屈曲和断裂等弹体结构动态力学行为；(2) 数值模拟工作中采用
的数值算法、网格尺寸和弹靶材料模型参数取值等对于原型战斗部超高速侵彻分析的适用性和可靠性
尚缺乏充分验证；(3) 已有防护结构遮弹层设计方法 [21-24] 主要针对常规钻地武器战斗部声速侵彻爆炸工
况，缺乏超高速武器战斗部侵彻作用下的遮弹层设计方法。针对上述不足，本文通过数值仿真分析方法
对原型超高速武器战斗部侵彻 3 种典型混凝土遮弹层开展研究，进一步给出相应的设计建议。首先，对
原型工况进行设计，介绍 AGM-183A 超高速武器战斗部与普通强度混凝土（normal strength concrete,
NSC）、超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）和刚玉块石混凝土（corundum rubble
concrete, CRC）3 种典型遮弹层，选取合理的数值算法和材料模型。然后，基于显式动力学有限元软件
ANSYS/LS-DYNA，通过对比已有宽速度域小直径弹体侵彻 3 种遮弹层靶体的试验数据 [4-5, 13, 25-26] 和数值
模拟结果，对数值仿真分析方法的可靠性进行充分验证；进一步基于侵彻深度和弹体残余长度等效准
则，建立适用于原型工况分析的数值仿真分析方法。最后，开展 AGM-183A 超高速武器战斗部在 Ma 为
3～8 工况下侵彻 3 种典型遮弹层的数值模拟工作，对其极限侵彻深度和弹体结构破坏特征进行分析，定
量对比 AGM-183A 超高速武器战斗部的侵彻深度和 3 种常规声速钻地武器战斗部的侵彻爆炸破坏深
度，给出遮弹层的防护设计建议。

1 原型工况

合理选择原型工况中的战斗部和遮弹层类型，并采用可靠的数值算法和材料模型，是通过数值仿真
分析方法开展遮弹层防护设计的前提。本节主要介绍 AGM-183A 超高速武器战斗部的基本参数及
NSC、UHPC 和 CRC 这 3 种典型遮弹层，以及适用于超高速侵彻的数值算法和材料模型。
1.1 AGM-183A 超高速武器战斗部及 3 种典型遮弹层
本文将 AGM-183A 超高速武器战斗部作为原型工况弹体。公开资料 [27] 显示，AGM-183A 超高速武
器战斗部弹径为 170 mm，弹长为 1 700 mm，长径比为 10，质量约为 127 kg。进一步结合超高速侵彻战斗
部结构设计建议 [6, 28] 给出 AGM-183A 超高速武器战斗部的结构和尺寸，其中，壁厚为 15 mm，头部曲径比
为 3，如图 1 所示。战斗部壳体材料是影响其侵彻能力的重要因素，其详细信息尚未公开，因此选择国内
超高速侵彻试验常用的 30CrMnSiNi2MoVE 高强装甲钢作为壳体材料，其屈服强度为 1 300 MPa，极限拉
伸强度约为 1 700 MPa。公开资料 [27] 显示 AGM-183A 超高速武器战斗部的装药量较小，因此本文未考虑
[1]
装药爆炸过程。此外，由于 AGM-183A 超高速武器战斗部的最高飞行速度 Ma=8，末端打击速度 Ma＞3 ，
故将侵彻速度范围设定为 3≤Ma≤8。

170 mm 140 mm 15 mm 15 mm R300 mm R300 mm 65 mm R510 mm R510 mm

1 345 mm 355 mm
1 700 mm
图 1 AGM-183A 超高速武器战斗部尺寸
Fig. 1 Dimensions of AGM-183A hypervelocity weapon warhead

遮弹层是防护结构抵御战斗部打击的主要屏障，通常采用混凝土材料浇筑建造。图 2 给出了 NSC、
UHPC 和块石混凝土 3 种典型遮弹层材料。其中，NSC 的抗压强度为 20～60 MPa，具有成本低、原料易
获取和施工技术成熟等优势。随着钻地武器打击能力的提高，抗侵彻能力更强的 UHPC 和块石混凝土

遮弹层被提出并逐渐应用。其中，UHPC 是通过在高性能水泥基中掺入微细钢纤维或有机纤维制备而成

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