殺爆彈對地面鋼筋混凝土目標毀傷研究＊

孫 韜，游 寧，沈曉軍，郭 敏

（63961部隊，北京 100012）

0 引言

研究分析表明，未來局部戰(zhàn)爭中火力裝備必須具備對大量的諸如由鋼筋混凝土構(gòu)筑而成的地面堅固工事目標的作戰(zhàn)能力。美軍的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和對未來戰(zhàn)爭的分析預計（AD－A 177645），40%的戰(zhàn)斗針對混凝土類目標。近年來，國內(nèi)外大量文獻報道了彈藥對混凝土結(jié)構(gòu)的毀傷研究情況，主要集中在對穿甲彈、半穿甲彈的侵徹分析、或者混凝土介質(zhì)本構(gòu)關(guān)系的分析、或者爆破效應研究等等，對在目標表面爆炸、且有不同著靶動能和著靶姿態(tài)的彈藥對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的毀傷研究，涉及到軍事用途的敏感性，尚未見到詳細研究資料。配用觸發(fā)引信的殺爆彈是壓制火炮的主用彈種，配備量大，對地面鋼筋混凝土工事的射擊毀傷，體現(xiàn)為多發(fā)命中下的累計毀傷過程。不同彈種對鋼筋混凝土目標的毀傷能力均可用射擊用彈量表述，而計算射擊用彈量需要利用毀傷命中彈數(shù)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)需要通過試驗和分析得到，目前未見有對應數(shù)據(jù)。因此，文中將在毀傷試驗的基礎(chǔ)上，得出毀傷命中彈數(shù)的分析模型，通過計算典型彈種的射擊用彈量，并對照實際射擊用彈統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以此判別所建模型的適用性。

1 毀傷試驗研究

采用炮射試驗方法，進行了3種配用彈頭機械觸發(fā)引信的殺爆彈對0.5m和1m厚鋼筋混凝土目標的多發(fā)累積毀傷試驗，墻體混凝土強度均不低于C35、鋼筋設(shè)置滿足構(gòu)筑相關(guān)要求[1]。其中，引信為鋁本體機械觸發(fā)引信及鋼本體機械觸發(fā)引信，均裝定為長延時。3種殺爆彈均裝填TNT炸藥，裝藥質(zhì)量及對混凝土靶板產(chǎn)生破孔毀傷的部分試驗數(shù)據(jù)見表1。

試驗結(jié)果表明，鋼筋混凝土靶板的毀傷狀態(tài)依賴于彈丸著靶動能、炸藥裝藥、著靶姿態(tài)、配用引信等。殺爆彈對混凝土靶墻與整體混凝土工事結(jié)構(gòu)的毀傷發(fā)數(shù)間存在著較好的等效性，且單發(fā)彈丸對目標入射面的破壞作用區(qū)域直徑約1.0～1.5m，相同入射狀態(tài)產(chǎn)生的最大破壞深度近似相等。相同彈丸入射同樣厚度的目標，產(chǎn)生破孔毀傷所需彈藥發(fā)數(shù)N與單發(fā)動能T的乘積存在如下關(guān)系式：

式中角標1、2代表不同的動能。

表1 殺爆彈對混凝土目標的毀傷試驗結(jié)果

此外，相同彈丸（配用相同引信）入射不同厚度鋼筋混凝土目標，相同動能產(chǎn)生破孔毀傷所需彈藥發(fā)數(shù)N與目標厚度H 之間近似滿足如下關(guān)系式：

2 命中毀傷彈數(shù)模型

某型殺爆彈以相同著靶狀態(tài)射擊破壞厚度為H的混凝土類目標，取Δ為單發(fā)殺爆彈產(chǎn)生的最大破壞深度，由爆炸力學的研究成果有：

其中，Ka為混凝土介質(zhì)材料的抗爆炸壓縮系數(shù)，一般鋼筋混凝土工事的混凝土強度在C30～C50之間，取該值為0.145[1]；Kz為介質(zhì)材料的抗爆炸局部破壞系數(shù)，一般取0.42[1]；C為彈丸炸藥裝藥量（kg）。

根據(jù)試驗結(jié)果，目標出現(xiàn)穿孔性破壞所需發(fā)數(shù)ns可表述為：

考慮彈丸運動對爆炸的影響、彈丸著角、引信狀態(tài)，取：

式中：ηc為由于彈丸入射狀態(tài)造成炸藥裝藥形狀影響系數(shù)[1]，設(shè)β為彈丸著角，取：

η為彈丸自身速度造成的炸藥裝藥量以及爆炸破片對單純炸藥爆破的影響系數(shù)，由下式確定[2]：

式中：m為彈丸質(zhì)量；V為彈丸著靶速度；Qc為對應炸藥C的爆熱；CTNT為殺爆彈炸藥裝藥等效TNT炸藥的裝藥量[2]：

式中：a為裝填系數(shù)，即炸藥重量與戰(zhàn)斗部重量之比；γ為爆炸產(chǎn)物絕熱指數(shù)；r0為裝藥半徑；rm為爆炸形成破片達到最大速度時的半徑；Kf為引信延期裝定對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞影響系數(shù)，對鋁本體觸發(fā)引信取0.8～1.2，鋼本體取1.2～2.0。

定義命中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)第N發(fā)導致工事的功能喪失系數(shù)LF為：

式中：Ak為參照面積，取本次試驗等效靶的面積3m×3m；A為目標被殺爆彈作用的最大面積，對獨立結(jié)構(gòu)的單兵防御工事、火炮工事，取其正面面積；Q為混凝土目標結(jié)構(gòu)強度降低系數(shù)，且：

Kn為考慮彈丸著靶位置隨機性散布的修正系數(shù)，根據(jù)試驗結(jié)果取：

則命中N發(fā)殺爆彈，每發(fā)相對獨立時，對混凝土內(nèi)人員殺傷的概率為：

對應不同的毀傷程度，即可得到對應的毀傷命中彈數(shù)ω。

對有高大門窗、射口的混凝土目標，射彈從門窗、射口飛入目標內(nèi)的可能性完全存在，因此對該類混凝土目標的毀傷事件成為一個或門事件，設(shè)彈丸從射口飛入目標內(nèi)對內(nèi)部毀傷的事件為A1、彈丸破壞目標結(jié)構(gòu)導致內(nèi)部毀傷的事件為A2，只要兩者有一個發(fā)生，內(nèi)部的毀傷事件即發(fā)生。考慮A1、A2之間相互獨立，則有：

對射口處有防護門及擋彈裝置的堅固工事，需要直接命中（1～4）發(fā)殺爆彈方能對內(nèi)部造成毀傷。設(shè)該類工事射口面積S1、工事正面面積S0，工事射向與彈丸入射方向夾角為θ，由指數(shù)毀傷率，命中1發(fā)彈對工事的毀傷概率為：

則毀傷命中彈數(shù)的數(shù)學期望為：

3 毀傷計算

取步兵防御工事鋼筋混凝土墻壁厚0.5～0.6m，A＝Ak；火炮工事墻壁厚1.0m，S1／S0＝1／4。1型殺爆彈初速取600m／s，2型殺爆彈初速取800m／s，3型殺爆彈初速取620m／s，計算得到對典型混凝土目標的命中毀傷彈數(shù)見表2～表3。表3中數(shù)值的第一個值是工事射口無防護情況下，式（14）中每種彈丸取2發(fā)命中射口即可毀傷工事的結(jié)果；第二個值是工事射口有防護情況下的結(jié)果，其中，式（14）中（1～4）范圍對1型殺爆彈取3發(fā)，2型和3型殺爆彈取4發(fā)。

表2 毀傷步兵防御工事命中毀傷彈數(shù)（毀傷程度取80%）

表3 毀傷火炮工事命中毀傷彈數(shù)

取射擊誤差為兩組誤差型（諸元誤差和射彈散布誤差），諸元誤差服從或接近正態(tài)分布，射彈散布服從或接近最有利散布，對應最有利散布法，達到一定毀

式中：ν為矩形目標幅員；τ為與目標毀傷幅員、散布中間誤差以及命中毀傷彈數(shù)ω有關(guān)的系數(shù)，可查表得到；Ed、Ef為決定諸元的距離和方向中間誤差；R與毀傷程度相關(guān)，可查表得到。

取堅固火炮工事陣地（4門）的目標幅員為正面240m、縱深140m，毀傷程度取50%；步兵防御陣地幅員為正面300m、縱深100m，毀傷程度取25%。3型殺爆彈的初速同前，計算不同射程的彈藥消耗量見表4、表5。傷程度的彈藥消耗量N為[3]：

表4 對火炮工事的毀傷用彈量（發(fā)）

表5 對步兵防御陣地毀傷用彈量（發(fā)）

對照實際的部分毀傷統(tǒng)計數(shù)據(jù)：炮目距離10km、11km，破壞堅固火炮工事消耗1型殺爆彈分別為1543發(fā)、1987發(fā)；炮目距離5～6km，3型殺爆彈破壞單個堅固永備工事共需120～150發(fā)，文中的計算結(jié)果與其相符。

美軍M198式155mm牽引火炮殺爆彈近距離平射，在配用混凝土侵徹引信時，5發(fā)炮彈可以在1m厚鋼筋混凝土墻上打出1.5m寬的缺口[4]。由式（5），取彈丸著靶速度800m／s，引信系數(shù)Kf取1.2～2.0，計算得到出現(xiàn)穿孔性破壞所需發(fā)數(shù)ns＝3.5～5.8發(fā)，平均為4.7發(fā)，與5發(fā)的數(shù)值非常接近；如取引信系數(shù)Kf為0.8～1.0，計算得到出現(xiàn)穿孔性破壞所需發(fā)數(shù)ns＝6.9～8.6發(fā)。這一結(jié)果說明殺爆彈配用引信不同時，作用效果相差將很大。

4 結(jié)論

研究表明：

1）配用彈頭觸發(fā)引信的殺爆彈對混凝土目標的單發(fā)毀傷能力與著靶動能、炸藥裝藥量、引信狀態(tài)密切相關(guān)；

2）毀傷用彈量分析結(jié)果與實戰(zhàn)數(shù)據(jù)相符，毀傷命中彈數(shù)模型可用于殺爆彈對地面堅固工事目標的毀傷效能評估；

3）對頭部機械觸發(fā)引信進行結(jié)構(gòu)強度及延時機構(gòu)改進，可顯著提高殺爆彈較高速度下對混凝土目標的毀傷效能。

[1]GJBz20419.2－1998防護工程防常規(guī)武器結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]北京工業(yè)學院.爆炸及其作用[M].北京：國防工業(yè)出版社，1979.

[3]程云門.評定射擊效率原理[M].北京：解放軍出版社，1984.

[4]張書坤，莫雯雯.城市作戰(zhàn)[M].重慶：電腦報電子音像出版社，2010.