穿甲原理和穿甲計算公式(修改版)

1、-作者xxxx-日期xxxx穿甲原理和穿甲計算公式(修改版)【精品文檔】穿甲原理和各種主要的穿甲計算公式 把這幾篇文章敲上來，使大家對于穿甲原理和主要的穿甲計算公式有個了解。穿甲是可以依照公式進行計算的，因為這種公式本身就是從無數(shù)試驗中歸納，并得到驗證的。摒棄所謂“一切通過試驗”的說法，其實很多試驗數(shù)據(jù)本身又隱藏了很多值，測試方是誰？裝甲靶板是什么材料（兩國裝甲鋼都不一樣靶板會一樣）？穿透標準是什么？貫穿率是多少？空氣抵抗系數(shù)怎么取算？等等，很多網(wǎng)上二戰(zhàn)坦克資料中從未給出，所以出入很大也就不奇怪了。公式按原形式難以用文本書寫，所以按照C語言的規(guī)范來寫：§5.2穿甲現(xiàn)象和抗彈能力的表征

2、    各種穿甲彈都是利用長身管火炮發(fā)射它時所獲得的高速飛行動能來穿頭裝甲和起殺傷作用的。彈丸在沖擊裝甲前具有的動能為W=1/2*M*c2  （5-1）公式中m彈丸質(zhì)量；c彈丸沖擊裝甲的速度。    彈丸的動能在穿甲過程中消耗于許多方面，包括破壞裝甲、彈丸本身的變形、裝甲板的彈性振動、碰撞及摩擦發(fā)熱等。其中，破壞裝甲做功是主要的。    從力學的觀點看，裝甲受破壞的應(yīng)力可能有以下幾種；    延性擠壓：x=F/*d2    環(huán)形剪切：=

3、F/*d*b    張應(yīng)力破裂：徑向：n                周向：m式中 F彈丸對裝甲的作用力；     d彈丸直徑；     b裝甲厚度。    當彈丸碰撞裝甲時，這幾種應(yīng)力都同時出現(xiàn)，但其中那一種首先達到極限值造成破壞，隨彈丸和裝甲的材料性質(zhì)和尺寸等不同而不同。實際的裝甲損壞形式有如下的概約規(guī)

4、律：    1、延性擴孔：主要由于擠壓應(yīng)力x起作用，金屬受彈丸擠壓塑性流動，有的堆集在入口處，有的從出口處擠出，孔徑約等于彈徑d。這一般發(fā)生在裝甲較厚而韌、彈較尖而硬，和裝甲厚b稍大于d時。    2、沖塞穿孔：主要是超過剪切應(yīng)力所起的破壞作用，裝甲被彈丸沖出一塊大體成圓柱形的塞子，其出口稍大于彈徑d。這一般發(fā)生在中等厚度的裝甲具有相當硬度，彈頭較鈍，裝甲板厚略小于彈徑時。    3、花瓣形孔：主要是周向張應(yīng)力m的作用，出現(xiàn)徑向裂紋，裝甲板卷向孔后，孔徑約等于彈徑約等于彈徑d。這一般發(fā)生在裝甲薄而韌，彈丸

5、速度較低時。    4、整塊崩落：當裝甲不太厚和韌性比較差時，主要由于徑向應(yīng)力n的作用，產(chǎn)生圓周形裂紋，裝甲被穿成超過彈徑若干倍的大洞。    5、背后碎塊：當較厚裝甲的強度足夠而韌性不足時，彈丸命中所產(chǎn)生的震動應(yīng)力波可使裝甲背面崩落碎塊，并飛出起殺傷作用。這時板前的孔不大，也可能未穿透。    實際出現(xiàn)的穿甲現(xiàn)象也可能是以上幾種情況的不同綜合。一般穿甲彈在一般裝甲的厚度和硬度條件下，穿甲孔主要是前二種情況的綜合。即先延性擴孔，當穿甲彈進行到裝甲剩余厚度略小于彈徑時，繼之以沖塞成孔。對于薄裝甲，穿孔一般以

6、花瓣或沖塞為主，視彈丸直徑與裝甲厚度的相對比例而定。整塊崩落不常產(chǎn)生的原因是過分硬脆的薄裝甲難于加工，易于出現(xiàn)裂紋，不適于切割和焊接成車體。碎甲彈破壞裝甲以背后碎塊為主，屬于不穿透裝甲的特殊破壞形式。在一般穿甲彈射擊裝甲時，除裝甲背部有生產(chǎn)中的金屬缺陷外，極少出現(xiàn)。    在研究裝甲防止彈丸穿透時，為能計算和試驗，需要有一種表示抗彈能力的計量標準。實用表示方法是分別對每一定裝甲板來表示的，即某板的抗彈能力為“對某炮某彈的c”為多少。這種一定裝甲以能承受一定最大命中速度（稱為著速）的彈丸而不被穿透的表示方法，是在靶場大量射擊實驗中產(chǎn)生的。試驗時，用一定炮和彈射擊一定

7、的靶板，逐漸增加發(fā)射藥量來提高彈丸速度，直到剛剛穿透該板（或彈落點在板后近處，例如5m之內(nèi)）為止，該發(fā)彈的c就用來表示該裝甲板的抗彈能力。當然，板越厚、材料越好時，需要c越高才能穿透，表示一定裝甲板抗不同口徑彈丸的能力，這種表示方法能保證符合實際，準確可靠，所以一直沿用。只要在靶場試驗出少數(shù)準確值，對不同的板厚，彈徑和速度，可以按規(guī)律推算。計算的方法見下節(jié)。    對于較薄的板，例如30mm以下的裝甲板，一般用槍來試射（若口徑過大，一定穿透，試不出臨界速度）。但槍彈不能改變發(fā)射藥量，即彈丸離管口的初速為一定，不能改變。因此，只好利用彈丸飛行中空氣阻力造成較大的速度

8、降，即改變距離S來得到不同的命中速度。因此，這時的抗彈能力，就成了抗“某槍彈（擊穿的）最小距離”來表示。    在試驗中，有時改變距離不方便，也可以固定距離而改變靶板的命中角度。命中角越大，越難穿透靶板，因此，這時的抗彈能力又可以用“某槍彈某距離（擊穿）的角”來表示。    不管用以上哪一種方式來表示抗彈能力，需要明確解決的還有一個什么叫“穿透”的標準問題。通常用兩種標準：    1、背面強度極限裝甲受彈丸沖擊時，為損壞裝甲板背面金屬的連續(xù)行，即無裂紋、無突起等時的最大速度，用m/s表示或相應(yīng)的距離（m）

9、或角度表示。    2、擊穿強度極限裝甲受彈丸沖擊時，不被彈丸頭部穿透，即消耗完能量而裝甲不出現(xiàn)洞孔的最大速度，用m/s表示或相應(yīng)的距離（m）或角度表示。    這里的前一種情況較多地與裝甲板的韌性有關(guān)，而后一種情況更多與板強度有關(guān)，按后一標準的速度值一般大于前一標準的速度值，是開始具有殺傷后效的標準?，F(xiàn)在主要采用擊穿強度極限。§5.3抗彈能力計算的基本公式    設(shè)計的坦克裝甲車輛能不能防御敵人火炮擊穿？所設(shè)計坦克裝甲車輛的火炮能不能擊毀敵人的裝甲？設(shè)計時沒有敵炮或敵裝甲可以試射，也沒有數(shù)據(jù)或

10、曲線可查時，需要用公式來計算。對于一些一定直徑和速度的彈丸射擊一些一定材料和厚度的裝甲，有了試驗數(shù)據(jù)以后，也可以通過計算而不必再對不同的彈丸和不同的裝甲厚度及傾角都一一進行了破壞性試驗，即可確定其穿甲能力或抗彈能力。    一、克虜伯(rupp)公式    由火炮生產(chǎn)歷史上著名的德國克虜伯公司提出的穿甲公式，是按彈丸較大、裝甲稍薄，即b/d值較小時，裝甲被彈丸以沖塞方式破壞來考慮的。按此假設(shè)，沖塞過程中的作用力R每沖dx距離所作的功dW是一個變量dW=R*dx    式中，阻力R與裝甲板在沖塞過程中的剩余

11、厚度成正比，即                               R=*d*(b-x)*    由0到b積分，得到把塞子完全沖掉的總功。          &#

12、160;                    W=*d*b0 xdx=*d*(b2/2)    但作功的動力來源是彈丸的動能如前面式（5-1）                   

13、0;           W=m*c2/2    得到所謂克虜伯公式                               c=sqrt(*)*d0.5*b*m(-

14、0.5)=*d0.5*b*m(-0.5)   （5-2）    式中，=sqrt(*)稱為裝甲抗彈能力系數(shù)，隨裝甲材料而定。    由式可以分析彈丸和裝甲的攻防光焰系。如果整理式(5-2)將“矛”和“盾”分別表示在等號的兩端                        

15、0;      c2*m/d=2*b2    由于一般不同直徑的彈丸形狀近似，即md3,得                               c*d*b    可見，攻方應(yīng)該加大左

16、端的火炮口徑和彈速，而防御的一方則應(yīng)加大右端的裝甲厚度和改善裝甲材料，采用優(yōu)質(zhì)的特殊裝甲鋼。    如果式的左端值很大，一定能穿透裝甲。如果式的右端很大，一定能阻止穿透。這兩種情況都用不著計算。一般需要計算的，是介于穿透與穿不透左右的情況，以便確定臨界值，或作出判斷。這種情況對于普通穿甲彈和裝甲來說，一般發(fā)生在裝甲厚度略等于或稍大于彈徑時。    克虜伯公式是較原始的穿甲計算公式，只適于低速彈丸在小b/d值時判斷穿甲，現(xiàn)在已不使用，但是它是理解穿甲計算的基礎(chǔ)。    可以指出，當彈丸改為細長形狀，大體保持

17、原質(zhì)量而減小彈徑，同時加大c時，由公式可見其攻擊能力可以迅速提高，近代的穿甲彈，如次口徑彈等，就是沿著這個方向發(fā)展的。    二、德馬爾公式（Jacob de Marre）公式    對于通常需要計算的裝甲厚度大于彈徑的情況，穿甲之初不是沖塞，而是擠壓為主，穿甲過程中彈速下降，彈頭形狀也逐漸變鈍，到剩余裝甲略小于彈徑時，才沖出塞子。整個穿甲過程接近于擠壓與沖塞的符合。    若完全按擠壓破壞考慮，破壞裝甲的總功應(yīng)為       

18、0;                      W=R*b=*(d/2)2*x*b=m*c2/2得                        &#

19、160;     c=sqrt(*x/2)*d*b0.5*m(-0.5)='*d*b0.5*m(-0.5)比較克虜伯公式，除有所不同外，(d0.5)*b變成(d*b0.5)。    因此，可以把德馬爾公式理解為考慮沖塞與擠壓二者的綜合，即破壞阻力是和沖塞圓周長值（剪應(yīng)力）與圓面積值（壓應(yīng)力）的幾何平均值成比例，根據(jù)經(jīng)驗修改而成為                

20、              c=*b0.7*d0.75*m(-0.5)      （5-3）德馬爾公式或可寫成下列形式                         &

21、#160;    b=c1.43*m0.715/(1.43*d1.07)      （5-4）    式中，b和d單位常用dm(=100mm),c用m/s，m用g計算。這時的裝甲抗彈能力系數(shù)成為代表裝甲材料物理性能的綜合系數(shù)，應(yīng)由射擊試驗決定，而不能按某一種應(yīng)力計算。資料推薦的值如下：    低碳鋼板             &

22、#160;    1530    鎳鋼板                    1900    一般均質(zhì)裝甲              2000-2400（其中較低值適用于低碳或中硬度裝甲，

23、而較高值適用于高硬度的薄裝甲）    經(jīng)過表面處理的裝甲        2400-2600    德馬爾公式廣泛使用至今，是抗彈能力計算的主要基本公式。    若將德馬爾公式的矛盾雙方改寫到等式的兩端來分析                   

24、60;          b*1.43=c1.47*m0.715/d1.05    與原克虜伯公式比較                              b*=c*m0.5/d0.5

25、    從不同的指數(shù)可見，增加比增加b的防御效果顯著。對于彈丸，彈徑一定時，提高c的效果顯著，而增加m的效果小。若m增加，彈在膛內(nèi)加速慢，卻又影響c減小。當c和m為一定時，減小彈徑d也能提高攻擊能力。    三、烏波爾尼科夫（）公式    由于德馬爾公式中的指數(shù)不是整數(shù)，計算不太方便。為此令      b/d=Cb稱為裝甲相對厚度；      m/d3=Cm,稱為彈丸相對質(zhì)量。代入式（5-3） &

26、#160;                           c=*Cb0.7*Cm(-0.5)*d(-0.05)      （5-5）稱為烏波爾尼科夫公式。§5.4傾斜裝甲抗彈能力計算    由于反坦克炮彈的初速高，彈道低伸，一般可考慮成水平命中

27、目標。當裝甲與水平面成角傾斜時，彈丸中心線也與裝甲板法線之間的角稱“法線角”或“著角”，這是抗彈能力計算所常用的角度。和角互為余角。    裝甲板呈傾斜狀態(tài)時，彈丸穿透裝甲所經(jīng)過的距離增長，有如裝甲厚度增加到b/cos，使裝甲的抗彈能力增加。對于傾斜裝甲的抗彈能力公式為                         

28、    c=*b0.7*d0.75/(m0.5*cosn)    使用烏波爾尼科夫公式時，比式（5-5）多一個因數(shù)secn。                             c=*Cb0.7*Cm(-0.5)*d(-0.05)*secn &#

29、160;  試驗證明式中n0.7，而與裝甲相對厚度Cb，裝甲類型和彈丸形狀等有關(guān)。    為什么n>0.7并且是變化的呢？主要是因為有“跳彈”因素的影響，當彈丸接觸并開始破壞傾斜裝甲時，裝甲對彈丸有反作用力，使彈丸減速，彈丸則有慣性力向前。反作用力的合力與彈丸的慣性力組成力偶。當不大時，特別是對鈍頭穿甲彈，這個力偶將使彈丸向減小角的方向轉(zhuǎn)動，稱為轉(zhuǎn)正效應(yīng)，這有利于穿甲不利于抗彈，當角較大時，這個力偶的方向會使彈丸向增大角方向轉(zhuǎn)動，使穿透距離增長。甚至力偶大到一定程度時，使彈丸反射跳離裝甲表面，形成所謂“跳彈”。   

30、當裝甲硬度越低，彈丸容易在裝甲上碰擊成坑，即反作用力的方向越不容易形成跳彈?；虍斞b甲較薄時，越不能對彈丸提供足夠大的反作用力，也越不容易形成跳彈。這是為什么Cb越大，或裝甲越硬時，n值越大的重要原因。    設(shè)計彈丸時，為了避免形成跳彈采用平頂?shù)拟g頭形狀，同時也能避免尖頭彈那樣容易碰碎以致不能穿入。鈍頭部的直徑甚至達到0.8d，常另加尖頭的薄防風帽來減小飛行阻力。防風帽一碰即毀，對穿甲不起作用。有的彈丸在頭部加硬質(zhì)合金的被帽。其目的也是改善穿甲性能，國外常簡稱穿甲彈為AP，風帽穿甲彈為APC，被帽穿甲彈為APCBC。    作為抗彈的

31、一方，裝甲材料及其制造工藝也一直在改善，在價格和加工允許的條件下，務(wù)求能有較大的n值造成跳彈。此外，在增加裝甲厚度以增大Cb的同時，一直采用越來越小的角，即加大被命中時的角以造成跳彈。不管裝甲傾斜角如何改變，裝甲的水平厚度相同，斷面積和質(zhì)量也相同。但越大，越易造成跳彈，這是用傾斜裝甲比用垂直裝甲對抗穿甲彈更好的原因。    可以指出，現(xiàn)代長桿式超速穿甲彈的速度成倍的增長，在告訴碰擊裝甲時，跳飛的常是不斷形成的碎塊，而剩余的桿式彈體仍繼續(xù)向前穿甲，轉(zhuǎn)正效應(yīng)比一般穿甲彈為強。這是現(xiàn)代有的新坦克不一定追求裝甲傾斜而另用其他增強抗彈能力的措施的原因之一。 

32、60;  德馬爾公式在彈速不太高時，計算結(jié)果與實際情況相差不大。其準確度往往取決于K值的選用。K值來源是基于實驗，已將許多的復(fù)雜的實際因素包括在內(nèi)，可以保證計算有相當?shù)臏蚀_度。但是這種試驗是破壞性的，所計算的每批或每種裝甲也不一定都能實驗獲得K值。因此，有的改進工作就企圖把裝甲與彈丸材料的一般機械性能反映到公式中去。其一為K.A.貝爾金公式c=215*sqrt(1*s*(1+)*b0.7*d0.75/(m0.5*cos)式中s裝甲屈服限，kg/mm2反映彈丸相對質(zhì)量和裝甲相對厚度的系數(shù)，其值為6.16*Cm/Cb=6.16*m/(b*d2)1考慮彈丸結(jié)構(gòu)特點和裝甲受力狀態(tài)的效力系數(shù)，

33、當b/d值不太懸殊時，普通穿甲彈射擊均質(zhì)裝甲時的K1值可以采用下表的推薦值。尖頭彈（頭部母線半徑=1.52.0d） 0.951.05鈍頭彈（鈍化直徑=0.60.7d,頭部母線半徑=1.52.0d） 1.201.30被帽穿甲彈 0.90.951值也可以用下列公式計算：尖頭穿甲彈：1=0.9427*Cb0.5(2.6*i/(1+)+0.333)鈍頭穿甲彈：1=0.9427*Cb0.5(2.2*i/(1+)+0.333)式中，i為彈形系數(shù)：對尖頭彈：i=8/n1*sqrt(2*n1-1)對鈍頭彈：i=(8-5n1)/(15*n1)*sqrt(1-n1)*(2*n1-n2-1)+n22)對被帽彈：i=

34、(0.90.95)*8/n1*sqrt(2*n1-1)其中，n1彈頭部曲率半徑和彈丸直徑之比r/d;n2彈頭部鈍化直徑和彈丸直徑之比d'/d。貝爾金公式可屬德馬爾公式應(yīng)用于傾斜裝甲抗彈能力計算的變形之一。其應(yīng)用不如德馬爾公式或上述傾斜裝甲計算公式廣泛。§5.5抗超速穿甲彈及其計算一、超速穿甲彈從彈丸穿甲的角度分析德馬爾公式，c越大、m越大而d越小時，穿甲越厚。從指數(shù)看，增減Vc影響最顯著，而增減m的影響最小。在第二次世界大戰(zhàn)的后期，德國首先發(fā)展一種次口徑超速穿甲彈。其硬而重的彈芯直徑顯著地小于炮的口徑，彈芯外面包以輕質(zhì)的彈丸體。這樣組成的彈丸整體質(zhì)量比普通穿甲彈小，在炮管中一

35、定膛壓的推動下，內(nèi)彈道過程的加速快，而離炮口時的外彈道初速也約提高30%-40%，達到1200m/s左右。次口徑彈穿甲時，由直徑較小的彈芯穿甲，彈體只幫助推送彈芯而不穿甲，留在裝甲外面。因此裝甲單位面積上承受的破壞動能顯著增大，即顯著提高了穿甲性能。但是由于彈丸較輕，在飛行中空氣阻力造成的速度降也比較顯著。次口徑彈也靠動能穿甲，原計公式仍然適用，但有其特殊性。計算時，彈丸直徑用彈芯直徑dc。而計算彈丸質(zhì)量時，除用彈芯質(zhì)量m1外，由于還有部分彈體動能幫助推動彈芯穿甲，所以還應(yīng)該計入彈體質(zhì)量m2的一部分。q=m1+m2式中，彈體利用系數(shù)一般可用0.25，隨彈丸的結(jié)構(gòu)而定。當彈徑較小時，應(yīng)用高一些的

36、數(shù)值，彈徑較大時，用較低的值?？梢愿鶕?jù)具體彈的資料選用。應(yīng)用烏波爾尼科夫公式計算次口徑彈時，相應(yīng)Cm=(m1+m2)/dc3Cb=b/dc即c=*dc0.75*b0.7/(m1+m2)0.5*cos(a)n)二、超速脫殼穿甲彈為克服次口徑超速穿甲彈的彈丸總質(zhì)量輕、速度高、慣性小所產(chǎn)生的飛行速度降大的問題，故戰(zhàn)后年代發(fā)展應(yīng)用了超速脫殼穿甲彈（注：戰(zhàn)爭時期的螢火蟲坦克的17pdr炮就已經(jīng)裝備了這種類型彈藥），簡稱APDS或APSVPS。這種彈的次口徑彈芯外面的殼體或彈托是分兩半或分三瓣合成圓形的。彈托外面由在炮膛內(nèi)保證氣密的軟金屬彈帶包圍。彈托在推送彈芯出炮口后，在彈丸旋轉(zhuǎn)離心力和空氣阻力作用下，彈帶很快斷裂而彈托分散脫落，只由彈芯單獨高速前進。由于彈芯直徑小，飛行阻力小，既保證了速度高和穿甲動能集中