Page 75 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 丁肇银，等： 非金属内肋增强粉末式破门弹的侵彻效应与附带损伤特性 第 8 期

metal powder's kinetic energy rapidly diminishes, lowering collateral damage. The study found that the 2-order ribbed

projectile is efficient, needing less initial kinetic energy and causing non-lethal damage.
Keywords: door-breaking projectile; low collateral damage; high density metal powder; finite element method-discrete
element method

现代战争常爆发于人口密集区域，在狭窄的室内作战要使用可以有效破除各种门锁的破门弹，它旨
在快速、高效地破坏门锁、门框等障碍物，为后续行动开辟通道。破门弹的弹头需要在瞬间产生巨大的
冲击力击穿门锁，同时要减少对目标和周围人员的附带伤害。现有的普通霰弹、空尖弹和软尖弹进行破
门作业时存在明显缺陷：普通霰弹由于弹丸粒径较大，在获得较强穿透力的同时容易反弹伤及我方人
员；空尖弹虽然通过弹头扩张增强了终端杀伤效果，但其穿透性能不足，遇到金属门框或加固结构时极
易发生弹头变形而丧失破门能力；软尖弹虽较空尖弹具有更好的穿透性，但弹头扩张后仍会出现明显的
能量衰减现象，在面对厚实木门或复合材料门体时破坏效能依然有限。因此，破门弹需采用特殊的材料
和设计，从而有效地控制弹丸的侵彻深度和范围。
为避免在人口密集区域大规模使用常规武器弹药伤及无辜人员从而引发严重的人道灾难，填充高
[1]
密度金属粉末的高密度惰性金属弹药（dense inert metal explosive，DIME）应运而生 。现今主流的低附带
弹药以惰性重金属颗粒或陶瓷颗粒作为杀伤元与炸药混合装填，以碳纤维等轻质复合材料作为壳体 [2-3] 。
惰性重金属粉末和陶瓷粉末的引入降低了装药的装填比，减弱了爆炸冲击波的威力 ；碳纤维等轻质壳
[4]
体在爆轰波作用下破碎并充分燃烧，不产生致命性杀伤破片 [4-6] ；惰性重金属颗粒在近距离范围内具有较
[7]
大的动能，但颗粒细、质量小，并且其速度在空气中以指数形式衰减 ；这些因素使低附带弹药在小范围
内有较强的杀伤作用，而不会造成大范围的附带杀伤 [7-9] 。将 DIME 的低附带毁伤原理应用到破门弹中，
使用金属粉末颗粒作为毁伤元，在破除门锁的过程中能减轻对室内人员的附带伤害。该弹在外荷载的
作用下击中靶板时，颗粒间会发生强烈挤压和摩擦，其内部复杂的力链结构发生断裂和重组，弹体系统
内的颗粒与颗粒之间的非弹性碰撞和滑动摩擦都会极大地消耗弹体的动能 [10-11] 。此外，当颗粒间的碰撞
为非弹性碰撞，即存在黏滞作用和塑性变形时，变形和作用过程是不可逆的，也会发生能量转化和两球
颗粒碰撞过程中的能量耗散。高密度金属粉末这种高弹性模量的颗粒材料具有更强的耗能效果 [12] 。因
此，金属粉末受冲击荷载时，内部颗粒间的摩擦和非弹性碰撞会有效地耗散冲击动能，显著降低弹体的
峰值应力。金属粉末间的缓冲效果保证了弹体在侵彻过程中的稳定性 [13] 。
以破门为主要用途的低附带毁伤弹药需定向发射，且发射过程中还要保持弹体的结构稳定性。在
弹体着靶瞬间，高过载会造成弹体迅速解体，而通过为壳体增加内肋来提高结构强度和稳定性，可使坍
塌表现为渐进过程 [14] 。粒子流沿弹体径向的运动受壳体约束，继续维持稠密的粒子流状态，会显著提升
金属颗粒的立靶密集度和弹体对靶板的侵彻深度。一般而言，良好的截面构型有利于管状结构在吸收
能量时表现出稳定的坍塌行为，且在变形过程中具有较低的初始峰值压溃力（initial peak crushing force，
IPCF）和较高的平均压力（mean crushing force，MCF） [15-16] 。研究人员对薄壁管状结构的截面构型进行了
多种尝试，如波纹构型、多胞构型、三明治设计、混杂设计等 [17-18] 。Altin 等 [19] 通过巧妙的设计在截面上
增加塑性铰来提高管状结构的能量吸收性能和结构稳定性。对单胞管添加不同形式的内肋形成的多胞
管状结构在准静态压缩过程中具有良好的吸能效果和稳定的坍塌行为，且多胞管状结构的比吸能随着
胞元数目的增加而增加，不同胞数产生的半波长直接影响多胞管的力学性能 [20-22] 。随着胞元数目的增加，
半波长减小，能量吸收能力增强 [23-24] 。与一般单胞管状结构相比，多胞结构对吸能有明显的促进作用 [25] 。
但不同内肋形式的多胞管和物质颗粒组成的系统在动态加载条件下的吸能效果和坍塌行为还未见报
道。Tiwari 等 [26] 提出的圆柱蜂窝夹层结构具有良好的弹道性能和吸能特性，这种弹体结构上的创新为
设计低附带毁伤弹药提供了宝贵的借鉴意义。
本文提出一种以内肋增强的多孔薄壁非金属圆筒结构为支撑载体、填充高密度金属粉末的新型低
附带毁伤破门弹，研究其对等效钢靶的侵彻能力及附带毁伤情况。

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