終點彈道學

終點彈道學（terminal ballistics）是研究彈丸或戰鬥部在目標區域的運動規律、對目標的作用機理及威力效應的彈道學分支學科。它涉及連續介質力學、爆炸動力學、衝擊動力學、彈塑性理論等學科領域，各種目標的毀傷標準也屬於本學科的研究範疇。終點彈道學的研究成果主要用於彈藥威力設計，並為目標的防護設計提供依據。

基本介紹

• 中文名：終點彈道學
• 外文名：terminal ballistics

綜述

彈丸或戰鬥部可以通過機械、熱、化學、生物、核等效應毀傷目標。爆炸與衝擊是最基本的作用方式。普通炸藥爆炸後，在炸點形成高溫（3000～5000開）、高壓（1～2萬兆帕）和急劇膨脹的爆轟產物，可以直接毀傷目標，也可將能量賦予如空氣介質、破片、金屬流等中間載體，通過中間載體的衝擊或侵徹等作用毀傷目標。某些動能彈丸則利用高速撞擊的動能直接擊毀目標。

終點彈道效應

研究彈丸或榴彈破片著靶和入靶過程中彈、靶的變形和彈丸的運動規律。從力學效應的角度看，終點彈道 效應有兩類：高速彈丸或破片、聚能射流等對靶的穿甲和破甲效應；炸藥爆炸在空氣中產生的衝擊波（即激波）或彈丸撞擊靶後在靶內引起的衝擊波對靶的破壞效應。不同彈種有不同的終點彈道效應，主要有：

終點彈道學

①動能穿甲彈的穿甲效應；

②聚能破甲彈的破甲效應，包括聚能射流的形成及其對靶的破甲效應；

③碎甲彈的碎甲效應；

④彈丸和榴彈破片的殺傷破壞效應；

⑤爆破彈的衝擊波破壞效應等。

①和②兩種效應統稱為侵徹效應。終點彈道學主要為彈丸和戰鬥部的威力設計服務，也為裝甲防護、防禦工事和引信等的設計服務。

穿甲效應

穿甲效應是一種侵徹效應。穿甲彈以高速撞擊目標時，會產生很高的壓力，使目標和彈體同時發生變形，造成破壞，彈體擠壓目標材料形成彈孔或貫穿目標。侵徹過程和破壞效果同彈丸的材料力學性質、結構、著速、著角、目標的材料力學性質和結構等有關。榴彈穿入土壤、磚石和混凝土工事也是一種侵徹效應。穿甲彈的破壞對象主要是活動的坦克、裝甲車輛和艦艇。因裝甲厚度及其機械性質的不同，裝甲的穿孔形式一般分為沖塞式、開花式、延性擴孔式和破碎式四種。穿孔孔徑一般稍大於彈徑。二十年來，坦克裝甲的防護能力大有改善，裝甲增厚，前裝甲的坡度變小，促使穿甲彈的結構發生重太的改革，出現新的桿式脫殼穿甲彈，速度從1千米/秒以下增至1.7千米/秒以上；長徑比從4以下增至15以上；採用鎢等高密度的彈體材料代替合金鋼。由於長徑比增大和彈速增大，增加了轉動慣量，從而減少了侵徹時間，彈體就更容易鑽進小坡度靶面的裝甲內部而不易發生跳彈；加上彈體材料的密度增大，就使單位截面靶面所接受的彈體動能顯著增加，導致捶擊壓力成倍增長，從而大大提高穿甲效果，穿甲深度可達一般穿甲彈的1.7倍以上。

破甲效應

破甲戰鬥部爆炸後形成的高速射流同裝甲目標作用的效果。按照彈道學的觀點，破甲作用涉及全彈道學的內容。從戰鬥部裝藥的起爆、爆轟、藥型罩的加速，直到射流的形成，屬於內彈道學問題；射流在空氣中的運動和斷裂，屬於外彈道學問題；射流同裝甲目標的作用過程則屬於終點彈道學問題。射流性態待殊，在理論上可按流體處理，從頭部至尾部，速度逐漸衰減，頭部速度高達7.6～9千米/秒以上，尾部速度在2千米/秒以下，基本上呈線性分布。射流依靠動能產生破甲作用，但射流斷面上的能量密度遠大於同口徑的低速穿甲彈，破甲深度可達彈徑的6～7倍，然而射流的後效作用小於桿式脫殼穿甲彈。由聚能破甲彈派生出來的自鍛破片裝藥（又稱大錐角聚能裝藥）爆炸後形成自鍛破片，速度達2～3.5千米/秒，也可產生破甲效應。

第二次世界大戰期間，G. I. 泰勒等人建立了破甲的不可壓縮流體理論，給出了計算射流速度和直徑的公式以及射流速度同孔底侵徹速度之間的關係，直到現在仍然是一些主要國家設計反坦克武器和裝甲的理論依據。近年來發展出流體彈塑性體的有關模型和理論，進一步研究了材料的強度效應。複合裝甲和間隙裝甲的出現增加了破甲過程的複雜性，成為終點彈道學研究的新課題。

碎甲效應

碎甲戰鬥部在接觸裝甲以後，通過爆炸作用直接破壞裝甲目標。碎甲戰鬥部在裝甲表面上爆炸時，從接觸面開始向裝甲中傳播強壓縮應力波，此波到達裝甲背面時，相應地反射一個拉伸應力波，壓縮波與拉伸波發生干擾，形成拉應力。根據積累破壞準則，在接近裝甲背面某處發生層裂效應，所形成的碟形破片可重達數公斤，飛散速度可達每秒數百米。在連續的層裂效應中，所形成的破片線度和厚度愈來愈小。一般套用流體力學理論研究碎甲作用問題。理論分析和實驗證明，碎甲戰鬥部作用於複合裝甲或間隙裝甲時往往不能產生層裂效應。

破片效應和爆炸衝擊波效應

破片效應指殺傷戰鬥部爆炸後形成的破片與有生力量或輕裝甲目標的作用效果。破片可分為自然破片、預製破片和半預製破片。破片作用過程也涉及全彈道學的內容，戰鬥部裝藥的起爆、爆轟以及破片的加速過程，涉及內彈道學問題；在空氣阻力和重力作用下，破片的運動規律、作用範圍和殺傷面積屬於外彈道學問題，破片與有生力量或輕裝甲的直接作用則屬於終點彈道學問題。破片與有生力量作用的終點彈道學有時稱為創傷彈道學。爆炸衝擊波的作用就是爆破戰鬥部產生的終點效應，隨周圍介質的不同，可分為空氣衝擊波和水中衝擊波。殺傷戰鬥部也可形成爆炸衝擊波，但其作用居次要地位。

爆炸與衝擊波作用

空氣、水等連續介質在受到爆轟產物的猛烈衝擊後，產生高速傳播的衝擊波。衝擊波的強度（超壓）決定於炸藥種類、介質的密度和可壓縮性，並隨著傳播距離的增大而急劇減弱。處於介質內的不同目標，在具有一定超壓（或比衝量）的衝擊波作用下被毀傷。在水中，爆轟產物還產生氣泡，氣泡的脹縮脈動所形成的壓力波也將對目標起附加的破壞作用。

在抗拉強度較低的顆粒性土壤中，衝擊波（或壓力波）使土壤受到強烈擠壓，發生徑向運動。近距離內的

土壤顆粒被壓碎構成壓碎區；較遠距離處的土壤則僅開裂構成破裂區。當壓力波傳播到土壤表面時，將產生反射拉伸波,促使表層土壤破壞。當炸點距地面較近時,炸點上部的土壤被拋出形成彈坑。通常用壓碎區（或破裂區）的半徑或彈坑容積衡量爆炸體在土壤中的爆破效應。它與炸藥的性能、重量、土壤的特性及爆炸的深度、角度等有關。

終點彈道學

彈丸殼體在爆轟產物的作用下急劇膨脹並破裂成大小不均的破片，以約1000～2000米/秒的速度向四周飛散，構成破片場。密集的高速破片在一定範圍內可以毀傷不同強度的目標。毀傷效果決定於目標的狀況和破片的形狀、大小、速度、數量及其在破片場內的分布。而破片的這些因素，則與彈體的形狀、結構、材料及其加工處理、炸藥的性能及重量、起爆方式、彈丸落角等多種因素有關。槍彈彈頭對目標的作用情況與破片相同。

破片（或彈頭）對人體的致傷機理主要是侵徹作用和空腔效應。對於骨骼等堅固組織，可直接侵徹出永久 性原發貫通傷道或盲管傷道，甚至使它碎裂。對於軟組織，由於侵徹壓力波的作用，原發傷道將急劇擴張形成暫時空腔，並使空腔劇烈地反覆脹縮運動。這不僅會嚴重損傷肌肉、血管和神經，還可折斷未直接命中的骨骼。對於顱腦、肝臟等稠粘性組織，高速破片（或彈頭）產生的壓力波可引起器官的廣泛損傷，甚至粉碎。創傷程度取決於破片（或彈頭）在目標內釋放能量的快慢和大小。有關破片（或彈頭）擊中人體後的運動規律及其致傷效應的研究，已形成了一個新的分支學科──創傷彈道學(woundballistics)。它的研究成果不僅可用於指飛彈藥威力設計，還有助於戰地創傷的鑑別、診斷和治療。

終點彈道學

聚能破甲作用

利用成型爆炸裝藥的聚能效應及閉合金屬藥型罩形成的高速金屬射流，穿透裝甲目標。炸藥從底部起爆時,

爆轟波從罩頂沿罩面掃過,被掃過的罩微元順次以很高的變形速度向中心壓垮並在軸線處閉合。罩內層金屬被擠成金屬流，外層金屬則形成“杵體”。圖中：

破甲彈是靠金屬射流來‘射’穿裝甲的

a為成型裝藥原形,1～4表示罩微元的編號；

b表示爆轟波陣面到達微元2的末端,此時2開始向軸線運動,3正在軸線處閉合,4已碰撞完畢並分成射流和杵體兩部分;

c表示射流和杵體全部形成。

整個金屬流具有較大的速度梯度，即頭部速度高（達8000米/秒以上），尾部速度低。金屬流在運動中不斷被拉長,最後產生縮頸並斷裂成小段,成為不連續射流,當金屬流碰擊裝甲時,在碰擊點處可產生十萬兆帕以上的局部壓力，使裝甲材料呈流體性態。在侵徹過程中射流不斷消耗,後續射流速度越來越低,碰擊點壓力下降，破甲能力迅速減少直至終止。炸藥性能和重量、裝藥結構、起爆方式、藥型罩材料及其幾何尺寸等對金屬流的形成和侵徹具有顯著影響。炸高主要影響射流在運動中的拉長程度和斷裂、失穩現象的出現。在破甲理論方面，通常按簡單的定常或準定常理想不可壓縮流體模型處理，亦有考慮可壓縮性或裝甲板強度效應的分析模型。對於大錐角或盤形藥型罩，爆炸後將被擠成一個速度梯度很小的“杵體彈”，或翻轉成一個整體的高速彈丸,均稱為“自鍛彈丸”。它與金屬流不同,在飛行中無拉長、縮頸、斷裂現象，其空氣動力特性亦較穩定。

動能穿甲作用

動能穿甲彈通常以500～1800米/秒的速度撞擊裝甲，可以發生擊穿、嵌入或跳飛等運動形式。裝甲板的貫穿可以呈現沖塞型、花瓣型、破碎型、延性擴孔型或崩落型等破壞形式

彈丸本身可保持完整、有限塑性變形或完全破壞。所有這些決定於撞擊的速度與傾角、彈丸和裝甲材料的性能、裝甲厚度及彈頭形狀與結構等因素。通常採用簡單的經驗或半經驗公式估算極限穿透速度、剩餘速度等。針對不同的穿甲條件建立相應的分析模型，如對薄板裝甲有能量及動量等分析模型；對中厚裝甲則根據經驗對阻力、裝甲破壞形式等作出某些簡化假定進行分析。

應力波碎甲作用

彈丸貼於裝甲表面爆炸時，在裝甲板內產生一個強衝擊波，並在傳至甲板背面時發生反射，形成拉伸應力波。當反射波與入射波相互作用所引起的拉應力超過材料的斷裂極限時，即在該處發生層裂或崩落出碟形

碎塊。碎塊可直接毀傷裝甲背後的人員、設備。入射波強度足夠高時，將在層裂後的自由面上連續反射，發生多層層裂。而碎甲彈的作用原理很簡單：它的彈頭讓爆破物貼近裝甲爆破，產生震盪波。震盪波沿垂直於裝甲表面的方向傳遞。如果震盪波能傳遞到裝甲另一面，由於遇到界面，被反射回來並與仍然向界面傳遞的波形產生重疊。這種重疊在接近裝甲背面的地方特別嚴重。當波形重疊後，分子的震盪幅度急劇增加，物質結構遭到破壞。碎甲彈對勻壓制板塊的作用最好。例如勻壓制鋼板，其中的雜質在製造過程中被壓成平行於裝甲板塊表面的碟片混雜在鋼材中，這些碟片受震盪波推動產生大幅度位移，板塊因此碎裂。

終點彈道學

簡史

終點彈道學的興起可以追溯至19世紀20年代以前，早期的研究由於缺乏必要的實驗手段和理論基礎，主要採用實彈射擊的方式得出各種關於彈丸侵徹、爆破、殺傷的經驗公式及數據。20世紀40年代初期至50年代後期，隨著彈塑性力學特別是塑性動力學、爆炸動力學的發展，大大促進了終點彈道學的理論分析研究。60年代以後，隨著現代測試手段的不斷出現和完善，大型計算機的迅速發展，使終點彈道學的研究，從長期依靠實彈射擊進入在可控條件下進行實驗和計算機數值模擬相結合的階段。它促使許多重要理論與實際問題的研究（如材料在動態下的本構關係及破壞準則、力學與熱學的耦合、衝擊波的衰減、彈丸殼體的破碎機理、對複合裝甲的侵徹等）朝著縱深的領域進展。