Page 51 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 文 肯，等： 杆状弹丸头形对其超高速撞击薄板的影响分析 第 7 期

化的耦合，故半球头弹体内的冲击波明显衰减。
马文来等 [17] 开展了长/短圆柱、圆锥、球形弹丸超高速撞击的数值模拟，弹丸和薄板均为铝合金材
料。结果显示，弹丸前端后 3 mm 处的压力从小到大依次为：长圆锥、短圆锥、球弹丸、圆柱弹丸。许坤
博等 [18] 开展了球形、圆柱形、圆锥形、盘形弹丸超高速撞击的数值模拟，弹丸和薄板均为铝合金材料。
结果显示，弹丸撞击端面中心点压力峰值从小到大依次为：长圆锥、其他形状、短圆锥。两者结论有差
异，可用 α 进行解释。
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在马文来等 [17] 的算例中，撞击速度为 6.5 km/s，当圆柱锥尖为撞击面时，在弹丸前端后方 3 mm 处的
压力从小到大依次为：长圆锥（长径比为 2.89，半锥角为 19.1°）、短圆锥（长径比为 1.16，半锥角为 40.8°）、
球形、圆柱。此时，根据式 (5)，α =56.2°，长圆锥、短圆锥的半锥角均小于 α ，弹靶发生非持续的碰撞，圆
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锥弹丸的前端压力明显小于球形和圆柱弹丸。
在许坤博等 [18] 的算例中，撞击速度为 5.0 km/s 时，长径比为 1∶3.46（半锥角 73.9°）的圆锥形弹丸撞
击端面中心点的压力峰值最大，长径比为 3.46∶1（半锥角 16.1°）的圆锥形弹丸撞击端面中心点的压力峰
值最小，其余形状弹丸对应的压力峰值居中。根据式 (5)，撞击速度为 5.0 km/s 时，α =60.2°。短圆锥的半
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锥角大于 α ，弹靶发生持续的碰撞，弹丸前端压力较强；长圆锥的半锥角小于 α ，弹靶发生非持续的碰
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撞，弹丸前端压力较小。
综上所述，仅由长锥形、短锥形推断，并不能准确描述其与薄板撞击的强度，如文献 [17] 中长、短圆
锥的撞击强度均小于球形、柱形，文献 [18] 中长圆锥的撞击强度大于球形。引入 α 的概念，它能较好地
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描述锥形弹丸对薄板的超高速撞击特性。

4 结 论

弹丸与薄板的超高速撞击过程受其头形影响较大。大钝角锥头和平头与薄板撞击产生的冲击波最
强、弹体破碎较剧烈、弹体质量损失和轴向动能损失较大，较小钝角锥头、尖锥头及半球头次之。锥形
弹丸与薄板撞击产生冲击波的过程中，存在一弹头临界半锥角（与撞击速度、弹靶材料相关），使弹体破
碎最为剧烈，临界半锥角成功解释了不同文献中锥形弹头撞击效果的差异。

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