一种具有异形表面抗侵彻层的抗侵爆结构的制作方法

1.本发明属于抗弹体侵彻技术领域，具体涉及一种具有异形表面抗侵彻层的抗侵爆结构。


背景技术：

2.军事工程中，在工程主体外围构筑抗侵彻结构以阻止弹体侵彻，使来袭弹体在抗侵彻装置内破坏或者起爆，从而达到保护工程主体安全的目的。目前，传统的遮弹结构一般是通过增加遮弹层厚度和强度提高防护能力，但是厚度过大易导致主体结构承受较大的静荷载，不利于主体结构的设计和建造。国产的高强装甲钢板强度与国外军事强国生产的装甲钢相比强度硬度仍然较低，抗弹能力有限。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种抗侵彻能力强、厚度薄、重量轻的具有异形表面抗侵彻层的抗侵爆结构。
4.具体技术方案为：一种具有异形表面抗侵彻层的抗侵爆结构，包括防震塌层、抗爆层和抗侵彻层，所述的防震塌层设置在工程主体外侧表面，抗爆层设置在防震塌层外侧表面，抗侵彻层设置在抗爆层外侧表面；所述的抗侵彻层为整体锻造的钢板结构，由固为一体的基层和异形层构成，基层设置在抗爆层上表面，基层外表面设置有异形层；所述的异形层为阵列式均匀布置且各轴向等距的球冠(偏航球)，其作用是使其对来袭战斗部起偏航作用。球冠顶部到基层的高度小于球体半径，相邻偏航球的中心距为球体直径的4/3倍。
5.进一步的在偏航球表面均匀开设多个盲孔，盲孔轴线指向偏航球球心方向，在盲孔中带胶插入陶瓷棒，陶瓷棒朝向外部的一端具有球冠。
6.进一步的，所述陶瓷棒材质为碳化硅，所述陶瓷棒球冠高度为球冠直径的五分之一。
7.进一步的，所述盲孔的深度等于盲孔半径，盲孔直径为偏航球直径的十五分之一。
8.进一步的，所述的抗爆层为钢纤维混凝土层、普通混凝土层、碳纤维板层、玻璃纤维板层、陶瓷板层、泡沫铝层中的一种或者两种以上的组合。
9.进一步的，所述的防震塌层为钢板层、聚脲层、碳纤维板或玻璃纤维板。
10.进一步的，所述抗侵彻层采用抗拉强度大于1400mpa，伸长率大于14％，断面收缩率大于40％，硬度大于500hb，冲击韧性值大于60j/cm2的超高强钢。
11.进一步的，所述抗侵彻层的厚度和偏航直径，根据所防弹种的不同而不同，具体通过靶试确定。
12.有益效果
13.1、抗侵彻层表面异形结构由于结构表面不均匀性和表面的超高硬度和强度，使弹体碰触到凹凸不平的高强度表面后，不仅承受到非对称的不均匀阻力，还承受复杂的弯矩，使弹体偏转、破坏或者解体，从而达到良好的抗侵彻效果。
14.2、相同防护效果下，与普通高强装甲钢相比，本发明抗侵爆结构厚度和重量进一步降低。
15.3、当弹体侵彻到抗爆层并在其表面接触爆炸时，在爆轰产物极高压力的作用下(一般为几万mpa)，抗爆层介质被强烈压缩，形成爆坑、破碎、裂纹、结构整体变形等，从而耗散冲击波能量，抗爆效果好。
16.4、防震塌层采用钢板层或聚脲层、碳纤维板、玻璃纤维板等柔性材料，能够产生大变形，不仅能够吸收冲击波，当抗爆层出现震塌时，还能够对抗爆层背面进行有效约束，从而起到防震塌现象的发生。
附图说明
17.图1为本发明的抗侵爆结构整体结构示意图。
18.图2为本发明抗侵彻层的局部俯视图。
19.图3为本发明抗侵彻层表面异形的模锻成形工艺流程图。
20.图中，1.防震塌层，2.抗爆层，301.异形表面抗侵彻层，302.偏航球中嵌入的陶瓷柱。
具体实施方式
21.下面结合说明书附图对本发明做进一步的详细说明。
22.实施例1
23.本实施例介绍具有表面异形抗侵彻层的抗侵爆结构。
24.如图1、图2所示，一种异形表面抗侵彻层的抗侵爆结构，包括由内而外依次设置在工程主体外部的防震塌层1、抗爆层2、和异形表面抗侵彻层301和陶瓷柱302。所述的抗爆层2为钢纤维混凝土层、普通混凝土层、碳纤维板层、玻璃纤维板层、陶瓷板层、泡沫铝层中的一种或者其中两种以上的组合构成。
25.所述的防震塌层1为钢板层或者聚脲层。
26.防护工程施工时，由下层至上层逐层铺放。
27.所述的防震塌层1设置在工程主体外侧表面，抗爆层2设置在防震塌层1上面，抗侵彻层设置于顶层。所述的抗侵彻层由固为一体的基层和异形层构成。用抗拉强度大于1400mpa，厚度大于300mm装甲钢板，在15000吨超大型压力机上整体锻造成形，锻后进行调质处理。基层301设置在抗爆层2上表面，基层外表面为阵列式均匀布置且各轴向等距的偏航球；所述的偏航球为半球型结构，其顶部到基层的高度小于球体半径，相邻偏航球的中心距为球体直径的4/3倍。所述抗侵彻层的厚度根据所防弹种的不同而不同，可由靶试确定。
28.在一种优选实施方式中，在所述偏航球表面上，均匀开设多个盲孔，盲孔轴线指向偏航球球心方向，在盲孔中带胶插入陶瓷棒，陶瓷棒朝向外部的一端具有球冠。所述陶瓷棒材质为碳化硅，所述球冠高度为球冠直径的五分之一。所述盲孔盲孔深度等于盲孔半径。盲孔直径为偏航球直径的十五分之一。
29.抗侵彻层为异形面，弹体撞击异形面后由于质心速度方向的改变产生攻角、弹体绕质心的转动产生偏航角，在随后的侵彻过程中，将具有攻角(速度矢量和弹体轴线的夹角)和偏航角侵彻(弹体轴线同侵彻介质表面法线的夹角)；当弹体以一定弹着角碰触到表
面异形体之后，将受到两个力的作用，分别为重力(作用点为弹体质心)，和碰撞力的支反力(作用点为接触点)。重力绕弹着点，碰撞力的支反力绕质心两者形成旋转力系，使弹体在平面力系里旋转，随弹着角的逐步增大，侵彻轨迹偏转越大，增加侵彻行程效果越明显；当弹体进一步运动，随着角变大，弹体轴线同速度矢量不再平行，二者形成一个夹角，叫做攻角，攻角的出现将使弹体的翻转力矩增大；由于抗侵彻层为表面异形，随着弹体的运动，碰撞点增多，弹体将承受不同方向的阻力、弯矩等，受力更加复杂。在复杂阻力和弯矩的作用下，弹体极易发生弯曲、变形、断裂等现象；在抗侵彻层材料方面，采用抗拉强度大于1400mpa，伸长率大于14％，断面收缩率大于40％，冲击韧性值大于60j/cm2的超高强钢，与普通高强装甲钢相比，相同条件下，抗侵彻能力更强。球冠嵌入的陶瓷柱硬度高，抗压能力强进一步增加了弹体偏航作用和抗弹性能。
30.当弹体侵彻到抗爆层并在其表面接触爆炸时，在爆轰产物极高压力的作用下(一般为几万mpa)，抗爆层介质被强烈压缩，形成爆坑、破碎、裂纹、结构整体变形等，从而耗散冲击波能量；
31.防震塌层为钢板层或材料为聚脲、碳纤维板、玻璃纤维板等柔性材料，该类材料能够产生大变形，不仅能够吸收冲击波，当抗爆层出现震塌时，该类材料能够对抗爆层背面进行有效约束，从而起到防震塌现象的发生。
32.本发明提供的异形表面抗侵彻层在节约材料的基础上，所设计的结构具有凹凸不平的不均匀表面，使弹体撞击过程中，不仅承受到非对称的不均匀阻力，还承受复杂的弯矩，使弹体发生偏转、壳体破碎或者解体、弹内药体爆燃等，从而达到抗侵彻和爆炸效果，等效的抗侵爆能力下，本结构厚度小于常规抗侵爆结构的厚度，便于在防护工程施工应用。在防护材料方面，采用抗拉强度大于1400mpa的超高强钢，相同防护效果下，与普通高强装甲钢相比，抗侵爆结构厚度和重量可进一步降低。
33.在抗侵彻层的制造工艺方面，采用了异形结构整体锻造的工艺形式进行加工制作，相对于焊接、铸造等工艺制造的表面异形防弹结构，可大幅度提升抗侵彻层的防护能力。
34.实施例2
35.本实施例介绍抗侵彻层表面异形的模锻成形工艺流程。
36.所述的异形表面抗侵彻层为用超厚超强装甲钢板整体锻造成形。加工设备有15000吨压力机、操作机、模具及附件、专用吊具、加热炉、定位工装、天车、红外测温仪等。锻造工艺为：用液压机在平钢板表面模锻出半球形，从板中间开始锻，每次锻造两排球，逐步向左右扩展，直至整个表面都锻造出球冠。定位板限定坯料，防止侧向移动，并限定每一锤压下量，按工艺已设计的进砧量进砧，以便控制相邻两锤间的搭接量，球冠成形共需5次加热，5锤锻完。在模锻过程中对模具进行水冷和润滑。锻后进行调质处理。淬火温度880～940℃，淬火时间10～30min。回火温度500～600℃，回火时间20～50min。
37.具体锻造工艺参数如下：
38.[0039][0040]
以上仅为发明的优选实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的思想原则内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。