终点弹道学

研究弹丸或战斗部在目标区域的运动规律、对目标的作用机理及威力效应的弹道学分支学科

终点弹道学（terminal ballistics）是研究弹丸或战斗部在目标区域的运动规律、对目标的作用机理及威力效应的弹道学分支学科。它涉及连续介质力学、爆炸动力学、冲击动力学、弹塑性理论等学科领域，各种目标的毁伤标准也属于本学科的研究范畴。终点弹道学的研究成果主要用于弹药威力设计，并为目标的防护设计提供依据。

综述

弹丸或战斗部可以通过机械、热、化学、生物、核等效应毁伤目标。爆炸与冲击是最基本的作用方式。普通炸药爆炸后，在炸点形成高温（3000～5000开）、高压（1～2万兆帕）和急剧膨胀的爆轰产物，可以直接毁伤目标，也可将能量赋予如空气介质、破片、金属流等中间载体，通过中间载体的冲击或侵彻等作用毁伤目标。某些动能弹丸则利用高速撞击的动能直接击毁目标。

终点弹道效应

研究弹丸或榴弹破片着靶和入靶过程中弹、靶的变形和弹丸的运动规律。从力学效应的角度看，终点弹道效应有两类：高速弹丸或破片、聚能射流等对靶的穿甲和破甲效应；炸药爆炸在空气中产生的冲击波（即激波）或弹丸撞击靶后在靶内引起的冲击波对靶的破坏效应。不同弹种有不同的终点弹道效应，主要有：

①动能穿甲弹的穿甲效应；

②聚能破甲弹的破甲效应，包括聚能射流的形成及其对靶的破甲效应；

③碎甲弹的碎甲效应；

④弹丸和榴弹破片的杀伤破坏效应；

⑤爆破弹的冲击波破坏效应等。

①和②两种效应统称为侵彻效应。终点弹道学主要为弹丸和战斗部的威力设计服务，也为装甲防护、防御工事和引信等的设计服务。

穿甲效应

穿甲效应是一种侵彻效应。穿甲弹以高速撞击目标时，会产生很高的压力，使目标和弹体同时发生变形，造成破坏，弹体挤压目标材料形成弹孔或贯穿目标。侵彻过程和破坏效果同弹丸的材料力学性质、结构、着速、着角、目标的材料力学性质和结构等有关。榴弹穿入土壤、砖石和混凝土工事也是一种侵彻效应。穿甲弹的破坏对象主要是活动的坦克、装甲车辆和舰艇。因装甲厚度及其机械性质的不同，装甲的穿孔形式一般分为冲塞式、开花式、延性扩孔式和破碎式四种。穿孔孔径一般稍大于弹径。二十年来，坦克装甲的防护能力大有改善，装甲增厚，前装甲的坡度变小，促使穿甲弹的结构发生重太的改革，出现新的杆式脱壳穿甲弹，速度从1千米/秒以下增至1.7千米/秒以上；长径比从4以下增至15以上；采用钨等高密度的弹体材料代替合金钢。由于长径比增大和弹速增大，增加了转动惯量，从而减少了侵彻时间，弹体就更容易钻进小坡度靶面的装甲内部而不易发生跳弹；加上弹体材料的密度增大，就使单位截面靶面所接受的弹体动能显著增加，导致捶击压力成倍增长，从而大大提高穿甲效果，穿甲深度可达一般穿甲弹的1.7倍以上。

破甲效应

破甲战斗部爆炸后形成的高速射流同装甲目标作用的效果。按照弹道学的观点，破甲作用涉及全弹道学的内容。从战斗部装药的起爆、爆轰、药型罩的加速，直到射流的形成，属于内弹道学问题；射流在空气中的运动和断裂，属于外弹道学问题；射流同装甲目标的作用过程则属于终点弹道学问题。射流性态待殊，在理论上可按流体处理，从头部至尾部，速度逐渐衰减，头部速度高达7.6～9千米/秒以上，尾部速度在2千米/秒以下，基本上呈线性分布。射流依靠动能产生破甲作用，但射流断面上的能量密度远大于同口径的低速穿甲弹，破甲深度可达弹径的6～7倍，然而射流的后效作用小于杆式脱壳穿甲弹。由聚能破甲弹派生出来的自锻破片装药（又称大锥角聚能装药）爆炸后形成自锻破片，速度达2～3.5千米/秒，也可产生破甲效应。

第二次世界大战期间，G. I. 泰勒等人建立了破甲的不可压缩流体理论，给出了计算射流速度和直径的公式以及射流速度同孔底侵彻速度之间的关系，直到现在仍然是一些主要国家设计反坦克武器和装甲的理论依据。近年来发展出流体弹塑性体的有关模型和理论，进一步研究了材料的强度效应。复合装甲和间隙装甲的出现增加了破甲过程的复杂性，成为终点弹道学研究的新课题。

碎甲效应

碎甲战斗部在接触装甲以后，通过爆炸作用直接破坏装甲目标。碎甲战斗部在装甲表面上爆炸时，从接触面开始向装甲中传播强压缩应力波，此波到达装甲背面时，相应地反射一个拉伸应力波，压缩波与拉伸波发生干扰，形成拉应力。根据积累破坏准则，在接近装甲背面某处发生层裂效应，所形成的碟形破片可重达数公斤，飞散速度可达每秒数百米。在连续的层裂效应中，所形成的破片线度和厚度愈来愈小。一般应用流体力学理论研究碎甲作用问题。理论分析和实验证明，碎甲战斗部作用于复合装甲或间隙装甲时往往不能产生层裂效应。

破片效应和爆炸冲击波效应

破片效应指杀伤战斗部爆炸后形成的破片与有生力量或轻装甲目标的作用效果。破片可分为自然破片、预制破片和半预制破片。破片作用过程也涉及全弹道学的内容，战斗部装药的起爆、爆轰以及破片的加速过程，涉及内弹道学问题；在空气阻力和重力作用下，破片的运动规律、作用范围和杀伤面积属于外弹道学问题，破片与有生力量或轻装甲的直接作用则属于终点弹道学问题。破片与有生力量作用的终点弹道学有时称为创伤弹道学。爆炸冲击波的作用就是爆破战斗部产生的终点效应，随周围介质的不同，可分为空气冲击波和水中冲击波。杀伤战斗部也可形成爆炸冲击波，但其作用居次要地位。

爆炸与冲击波作用

空气、水等连续介质在受到爆轰产物的猛烈冲击后，产生高速传播的冲击波。冲击波的强度（超压）决定于炸药种类、介质的密度和可压缩性，并随着传播距离的增大而急剧减弱。处于介质内的不同目标，在具有一定超压（或比冲量）的冲击波作用下被毁伤。在水中，爆轰产物还产生气泡，气泡的胀缩脉动所形成的压力波也将对目标起附加的破坏作用。

在抗拉强度较低的颗粒性土壤中，冲击波（或压力波）使土壤受到强烈挤压，发生径向运动。近距离内的

土壤颗粒被压碎构成压碎区；较远距离处的土壤则仅开裂构成破裂区。当压力波传播到土壤表面时，将产生反射拉伸波,促使表层土壤破坏。当炸点距地面较近时,炸点上部的土壤被抛出形成弹坑。通常用压碎区（或破裂区）的半径或弹坑容积衡量爆炸体在土壤中的爆破效应。它与炸药的性能、重量、土壤的特性及爆炸的深度、角度等有关。

弹丸壳体在爆轰产物的作用下急剧膨胀并破裂成大小不均的破片，以约1000～2000米/秒的速度向四周飞散，构成破片场。密集的高速破片在一定范围内可以毁伤不同强度的目标。毁伤效果决定于目标的状况和破片的形状、大小、速度、数量及其在破片场内的分布。而破片的这些因素，则与弹体的形状、结构、材料及其加工处理、炸药的性能及重量、起爆方式、弹丸落角等多种因素有关。枪弹弹头对目标的作用情况与破片相同。

破片（或弹头）对人体的致伤机理主要是侵彻作用和空腔效应。对于骨骼等坚固组织，可直接侵彻出永久性原发贯通伤道或盲管伤道，甚至使它碎裂。对于软组织，由于侵彻压力波的作用，原发伤道将急剧扩张形成暂时空腔，并使空腔剧烈地反复胀缩运动。这不仅会严重损伤肌肉、血管和神经，还可折断未直接命中的骨骼。对于颅脑、肝脏等稠粘性组织，高速破片（或弹头）产生的压力波可引起器官的广泛损伤，甚至粉碎。创伤程度取决于破片（或弹头）在目标内释放能量的快慢和大小。有关破片（或弹头）击中人体后的运动规律及其致伤效应的研究，已形成了一个新的分支学科──创伤弹道学(woundballistics)。它的研究成果不仅可用于指导弹药威力设计，还有助于战地创伤的鉴别、诊断和治疗。

聚能破甲作用

利用成型爆炸装药的聚能效应及闭合金属药型罩形成的高速金属射流，穿透装甲目标。炸药从底部起爆时,

爆轰波从罩顶沿罩面扫过,被扫过的罩微元顺次以很高的变形速度向中心压垮并在轴线处闭合。罩内层金属被挤成金属流，外层金属则形成“杵体”。图中：

a为成型装药原形,1～4表示罩微元的编号；

b表示爆轰波阵面到达微元2的末端,此时2开始向轴线运动,3正在轴线处闭合,4已碰撞完毕并分成射流和杵体两部分;

c表示射流和杵体全部形成。

整个金属流具有较大的速度梯度，即头部速度高（达8000米/秒以上），尾部速度低。金属流在运动中不断被拉长,最后产生缩颈并断裂成小段,成为不连续射流,当金属流碰击装甲时,在碰击点处可产生十万兆帕以上的局部压力，使装甲材料呈流体性态。在侵彻过程中射流不断消耗,后续射流速度越来越低,碰击点压力下降，破甲能力迅速减少直至终止。炸药性能和重量、装药结构、起爆方式、药型罩材料及其几何尺寸等对金属流的形成和侵彻具有显著影响。炸高主要影响射流在运动中的拉长程度和断裂、失稳现象的出现。在破甲理论方面，通常按简单的定常或准定常理想不可压缩流体模型处理，亦有考虑可压缩性或装甲板强度效应的分析模型。对于大锥角或盘形药型罩，爆炸后将被挤成一个速度梯度很小的“杵体弹”，或翻转成一个整体的高速弹丸,均称为“自锻弹丸”。它与金属流不同,在飞行中无拉长、缩颈、断裂现象，其空气动力特性亦较稳定。

动能穿甲作用

动能穿甲弹通常以500～1800米/秒的速度撞击装甲，可以发生击穿、嵌入或跳飞等运动形式。装甲板的贯穿可以呈现冲塞型、花瓣型、破碎型、延性扩孔型或崩落型等破坏形式

弹丸本身可保持完整、有限塑性变形或完全破坏。所有这些决定于撞击的速度与倾角、弹丸和装甲材料的性能、装甲厚度及弹头形状与结构等因素。通常采用简单的经验或半经验公式估算极限穿透速度、剩余速度等。针对不同的穿甲条件建立相应的分析模型，如对薄板装甲有能量及动量等分析模型；对中厚装甲则根据经验对阻力、装甲破坏形式等作出某些简化假定进行分析。

应力波碎甲作用

弹丸贴于装甲表面爆炸时，在装甲板内产生一个强冲击波，并在传至甲板背面时发生反射，形成拉伸应力波。当反射波与入射波相互作用所引起的拉应力超过材料的断裂极限时，即在该处发生层裂或崩落出碟形

碎块。碎块可直接毁伤装甲背后的人员、设备。入射波强度足够高时，将在层裂后的自由面上连续反射，发生多层层裂。而碎甲弹的作用原理很简单：它的弹头让爆破物贴近装甲爆破，产生震荡波。震荡波沿垂直于装甲表面的方向传递。如果震荡波能传递到装甲另一面，由于遇到界面，被反射回来并与仍然向界面传递的波形产生重叠。这种重叠在接近装甲背面的地方特别严重。当波形重叠后，分子的震荡幅度急剧增加，物质结构遭到破坏。碎甲弹对匀压制板块的作用最好。例如匀压制钢板，其中的杂质在制造过程中被压成平行于装甲板块表面的碟片混杂在钢材中，这些碟片受震荡波推动产生大幅度位移，板块因此碎裂。

简史

终点弹道学的兴起可以追溯至19世纪20年代以前，早期的研究由于缺乏必要的实验手段和理论基础，主要采用实弹射击的方式得出各种关于弹丸侵彻、爆破、杀伤的经验公式及数据。20世纪40年代初期至50年代后期，随着弹塑性力学特别是塑性动力学、爆炸动力学的发展，大大促进了终点弹道学的理论分析研究。60年代以后，随着现代测试手段的不断出现和完善，大型计算机的迅速发展，使终点弹道学的研究，从长期依靠实弹射击进入在可控条件下进行实验和计算机数值模拟相结合的阶段。它促使许多重要理论与实际问题的研究（如材料在动态下的本构关系及破坏准则、力学与热学的耦合、冲击波的衰减、弹丸壳体的破碎机理、对复合装甲的侵彻等）朝着纵深的领域进展。

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