Page 75 - 《爆炸与冲击》2026年第3期
P. 75

第 46 卷      郑贺龄，等： 带截顶内衬的高熵合金/Al/PTFE双层复合药型罩成型机理与毁伤特性                           第 3 期

                   高熵合金（high-entropy alloys, HEA）是一种新型含能结构材料，其概念                 [9-10]  于  2004  年被提出。HEA
               包含的元素种类一般在           5  种及以上，在这些元素的相互作用下，HEA                 产生了    4  种核心效应    [11] ，即高熵效
               应 [12] 、晶格畸变效应    [13] 、迟滞扩散效应    [14]  以及鸡尾酒效应    [15] 。正是在这  4  种效应的影响下，HEA        的力学
                                                               [16]
               性能优于传统的金属材料，同时还能依据需求来制备材料 。对于                           HEA  在聚能装药方面的应用，鄢阿敏等              [17]
               在  2022  年率先将  CrMnFeCoNi HEA   制成小锥角药型罩，探索了            HEA  作为药型罩的可行性，发现            HEA  能
               够  形  成  稳  定  的  射  流  ； 随  后  ， 刘  承  哲  等  [ 1 6 ]  在  前  者  的  研  究  基  础  上  ， 选  择  了  塑  性  和  声  速  表  现  更  优  秀  的
               CoCrFeNiTi 轻质  HEA，设计了一种船尾式多层带隔板装药结构，揭示了                        HEA  药型罩厚度对射流成型及
               侵彻的影响规律；Li 等        [18-19]  从微观角度开展了    CoCrFeNi HEA  的变形机理研究，并将其制备成小锥角药
               型罩后对钢板进行侵彻试验，并在后续的研究中通过添加铜元素来提高材料的延展性，保证射流稳定性
               的同时，穿孔直径也显著得到了提升；Wang                  等  [20]  通过试验证实了   TiZrNbAl HEA  射流在侵彻混凝土时，
               具备良好的侵彻与二次扩孔能力；Li 等                 [21]  首次将  CoCrFeNi HEA  应用到爆炸成型弹丸（explosively
               formed projectile, EFP）的设计中，并利用数值模拟软件模拟了              EFP  的成型过程，最后给出最优装药配置；
               Zheng 等 将  TiZrNbVAl 轻质   HEA  制成药型罩，并对       C35 素混凝土进行侵彻试验，所得结论与                Wang 等  [20]
                      [1]
               的一致，同时揭示了         HEA  药型罩外曲率对成型的影响规律；Liu               等 [22]  在与传统钛射流的钢靶侵彻试验对
               比中发现，轻质      HEA CoCrFeNiTi 0. 4  有助于形成连续性更优的射流，其内聚力与损伤效率均显著提升。
                   为提高侵彻效能，研究人员从药型罩结构创新入手，提出了多种异形药型罩设计方案。对于双层药
               型罩方面，郑宇      [23]  建立了多物质射流成型的分析模型，结合数值模拟系统研究了聚能装药结构参数对双
               层毁伤元形成的影响规律，并通过实验验证了其在形成毁伤元方面所展现的优异侵彻性能；辛广华等                                             [24]
               提出了一种双层罩轴向组合式多爆炸成型弹丸（multiple explosively formed projectiles, MEFP）装药结构，
               确定了主装药高度与药型罩内外径曲率比的最优取值范围；刘猛等                              [25]  为改善聚能射流的成型质量，将双
               层药型罩与双锥药型罩组合设计，运用正交优化方法确定了最优结构参数，对半无限厚均质装甲钢
               （rolled homogeneous armor, RHA）的侵彻模拟结果表明，该结构显著提升了射流头部质量、射流长度及侵
               彻能力；李昊等      [26]  提出一种截顶辅助双层药型罩结构，采用正交试验法系统分析了药型罩锥角、辅助罩
               厚度与材料对射流成型的影响，获得了使射流整体质量最优的结构参数组合；黄炳瑜等                                      [27]  设计了一种基
               于  K  装药的双层含能药型罩聚能装药结构，通过                  X  射线成像试验与侵彻性能测试，证实该结构可形成连
               续射流，兼具动能侵彻与化学反应协同毁伤效应，显著增强了对钢靶和混凝土靶的侵彻深度与体积。
                   综上所述，尽管双层药型罩在侵彻性能方面表现突出，不同结构在射流成型质量与侵彻效果等方面
               仍有优化的空间。此外，现有研究集中于带锥角结构，而对球缺形、半球形等双层药型罩的探讨相对匮乏，
               相关成型理论尚不完善，针对典型目标（如混凝土）的试验数据也较欠缺。因此，基于前人的研究，本研
               究创新性地融合        HEA  的优异力学性能与        Al/PTFE  材料的高能量释放特性，设计一种带截顶内衬的双层
               复合药型罩结构。通过与单层              HEA  药型罩对     C35  素混凝土侵彻试验结果的对比，分析结构与毁伤效能
               上的差异，并利用数值模拟方法进一步探讨复合结构的成型机理，以揭示截顶内衬的作用机制与复合结构
               的协同优势。此外，本研究还建立适用于半球形复合罩的分区成型理论模型，用以预测该结构形成射流
               的长度与直径；通过参数化分析明确内衬结构对射流性能的影响规律，最终确定可平衡射流长度与直径
               的最优内衬结构，以期研究成果可为含能复合药型罩的优化设计与工程应用提供理论依据与试验支撑。

                1    试验准备

                1.1    含能复合药型罩制备

                   为解决传统金属射流对目标毁伤面积小、动态响应不足等问题，采用含能结构药型罩。HEA                                            与
               Al/PTFE  材料在高速冲击下均可释放大量化学能。然而，大量研究表明，Al/PTFE                            因力学性能不足，作为
               射流主体材料时成型与侵彻效果较差，但是能量释放效率优异；而                              HEA  凭借多主元协同效应，展现出优
               异的力学性能。因此，将二者结合，设计了一种含能复合结构药型罩。



                                                         031405-3
   70   71   72   73   74   75   76   77   78   79   80