Page 5 - 《爆炸与冲击》2026年第6期

第 46 卷 杨笑宇，等： 超高强球面结构抗冲击试验研究 第 6 期

UHS-SS target, the resultant force on the projectile is in a different direction from that of the projectile velocity, which can
deflect and shatter the projectile. The behavior of ricocheting off the surface, deflection-induced secondary impact, and
fragmentation of the projectile occurred during the anti-penetration test of the UHS-SS target, and the maximal deflection angle
was 83º during the experiment, preventing the projectile from penetrating the interior of the protective structure. The UHS-SS
target has a severe erosion effect on the projectile at a lower speed of 400 m/s, which resulted in a mass loss rate of 23.66% in
the experiment. Therefore, the risk of a ground-penetrating weapon penetrating the protective works and detonating is
significantly reduced．
Keywords: ultra-high strength steel; irregular structure; yaw; penetration test; spherical structure

随着侵彻技术及钻地武器的快速发展，防护工程面临的威胁日趋严峻，传统增厚混凝土层提升工程
抗力的局限性已然凸显，新材料或新结构的研发成为当前抵抗钻地武器高毁伤作用、提升工程防护能力
的热点。近年来，钢筋混凝土、钢纤维混凝土、活性粉末混凝土（reactive powder concrete，RPC）、超高性
能纤维增强混凝土等 [1-6] 高强增韧材料，以及表面异形或内部非均质结构 [7-13] 的应用，有效提升了防护工
程的结构抗力。但以往的研究主要集中于单一高强高韧材料的应用、新型偏航外形的设计或数种材料
以板状形式的复合拼接，针对高强偏航结构的抗侵彻性能研究较少。
超高强钢材强重比较高、成本低、可焊性好，在航空、船舶、兵器等领域应用广泛 [14] ，其防护性能受
到密切关注。Manganello 等 [15] 对钢靶抗冲击性能的影响因素进行了试验分析，发现钢板厚度和材料硬
度是决定其抗侵彻性能的关键因素。Dikshit 等 [16] 对厚度 20、80 mm，硬度 HV295～HV520 范围的钢板
进行了抗穿透能力测试，发现厚钢靶抗穿透能力随材料硬度的增大而增强。Übeyli 等 [17] 开展了靶板面
密度与硬度正交试验，在（805±15） m/s 的高速冲击下，同一面密度钢靶随硬度增大先后呈现穿孔、脆性
断裂、表面侵蚀 3 种破坏模式。此外，Jena 等 [18] 基于标准金相技术对热处理前后的钢材进行微观分析，
并开展了 7.62 mm 穿甲弹侵彻试验，结果表明，适当热处理后，材料生成了更细小的回火马氏体结构，材
料强度与硬度均提升了超过 20%，相同抗侵彻性能的热处理钢材的面密度可降低 35%。除此之外，邓云
飞等 [19] 通过对单层钢板和等厚接触式 3 层钢板进行了弹体侵彻试验，发现单层钢板的抗侵彻性能优于
多层钢板。
早在 1987 年，Rohani [20] 就提出了偏航概念，并设计了一种简单的偏航结构进行测试，试验表明，即
使是小角度的偏航也会显著降低弹体的侵彻性能，偏航概念受到众多学者的重点关注。Bless 等 [21] 认
为，侵彻过程中，由结构几何或强度不对称性引起的非对称荷载是造成偏航弹道行为的关键因素。为形
成偏航遮弹层，通常在防护层表面设置块石或内部添加钢球、刚玉球或注浆钢管等 [22-24] 诱偏结构物，诱
导弹体发生偏转。陈万祥等 [25] 研制了一种表面贴合陶瓷的 RPC（reticulated porous ceramic）半球异形遮
弹层，并开展抗侵彻试验，试验测得弹体的最大偏转角达到 61.4°，产生明显偏转。此外，依据任辉启等 [26]
的统计研究，在实测数据中，偏航板的无量纲侵彻深度为 0.13，综合抗侵彻能力为 C40 混凝土的 10 倍。
本文中将结合超高强钢质材料的高强力学性能以及半球冠异形结构的偏航作用，利用超高强球面
∅ 125 mm 火炮开展系列侵彻试验，以评估超高强球面结构
结构对混凝土靶体进行表面加固，并采用
（ultra-high strength spherical structures，UHS-SS）的抗侵彻性能。

1 超高强异形加固靶体侵彻试验

1.1 弹体设计
试验弹体所用材料均为高强合金钢 35CrMnSiA，弹体材料的洛氏硬度为 HRC45，材料力学参数可由
准静态单轴拉伸和 U 形缺口冲击试验、洛氏硬度试验测试得到，力学参数见表 1。
实际钻地武器往往具备侵彻与爆炸联合作业的能力，采用弹体装药结构、空心结构和组装尾翼，本
试 验 所 用 弹 体 的 设 计 如 图 1(a) 所 示 。 弹 体 空 心 结 构 的 外 径 为 100 mm， 管 壁 厚 度 为 7 mm， 长 度 为
630 mm，尖卵形弹体的弹头曲径比（caliber radius head，CRH）为 3.0。为增强发射器管道内的封闭效果，在

061401-2