小型聚能裝藥對(duì)磚墻的毀傷研究

張學(xué)春，解文輝，蔡金良，毛 川

(1.海軍裝備部重慶軍事代表局，重慶 402760;2.重慶紅宇精密工業(yè)有限責(zé)任公司，重慶 402760)

聚能裝藥通常主要用于打擊裝甲車輛、地下工事、機(jī)場(chǎng)跑道等較為堅(jiān)固的目標(biāo)，其利用聚能效應(yīng)產(chǎn)生的高速射流(或EFP)的侵徹作用對(duì)目標(biāo)實(shí)施破壞。在進(jìn)行聚能裝藥研究時(shí)，通常人們只關(guān)注其聚能效應(yīng)對(duì)目標(biāo)的毀傷效果，而對(duì)其爆破作用對(duì)目標(biāo)產(chǎn)生的毀傷效果一般很少關(guān)注［1－5］。然而，在采用兩級(jí)串聯(lián)戰(zhàn)斗部對(duì)磚墻類目標(biāo)的毀傷研究中，由于前級(jí)聚能裝藥距離目標(biāo)較近，而且目標(biāo)防護(hù)能力相對(duì)較弱，因此爆破作用對(duì)目標(biāo)的毀傷作用就不可忽視。

本文通過(guò)理論分析與試驗(yàn)，對(duì)小型聚能裝藥近距離爆炸對(duì)磚墻的毀傷效果進(jìn)行了研究。

1 理論分析

本文研究的小型聚能裝藥主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為:裝藥直徑80 mm，裝藥量0.6 kg，鋁制殼體，小錐角紫銅藥型罩;目標(biāo)為采用普通磚體和水泥砂漿砌成的2層磚墻，自然風(fēng)干。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，該聚能裝藥形成的射流明顯具備對(duì)2層磚墻的穿透能力，其毀傷能力不再贅述，在此重點(diǎn)關(guān)注其爆破作用對(duì)磚墻的毀傷效果。

在進(jìn)行爆破作用分析時(shí)，主要研究以下2種典型情況:1種假設(shè)裝藥在距磚墻一定距離處爆炸，即模擬具有一定炸高的情況，在此取0.25 m;另1種假設(shè)裝藥緊貼磚墻爆炸，模擬炸高為0的情況。

根據(jù)文獻(xiàn)［6］和文獻(xiàn)［7］，忽略裝藥結(jié)構(gòu)形狀，可計(jì)算得到該聚能裝藥的爆破性能主要參數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 聚能裝藥爆破作用計(jì)算結(jié)果

根據(jù)文獻(xiàn)［7］，使2層磚墻產(chǎn)生破壞的沖擊波超壓要求為:大于0.044 MPa，比沖量要求為:大于2 156 Ns/m2。對(duì)比表1計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，如果按照超壓破壞準(zhǔn)則，2種距離下磚墻都應(yīng)該被破壞，而按照比沖量破壞準(zhǔn)則，此時(shí)磚墻又不會(huì)被破壞，即按照不同毀傷判據(jù)，出現(xiàn)了結(jié)果不一致的問(wèn)題。為此，還必須結(jié)合沖擊波的作用特性進(jìn)行進(jìn)一步分析。

根據(jù)沖擊波對(duì)目標(biāo)的破壞理論可知，沖擊波對(duì)目標(biāo)的破壞作用不僅取決于載荷的大小，而且取決于載荷隨時(shí)間的變化。根據(jù)載荷作用時(shí)間t與目標(biāo)體系自由振動(dòng)周期T的比較，可將載荷分為靜載荷與動(dòng)載荷:當(dāng)載荷作用時(shí)間t＞10T時(shí)，可認(rèn)為是長(zhǎng)時(shí)間作用，此時(shí)載荷可認(rèn)為是靜載荷，目標(biāo)的變形與破壞取決于該瞬間的最大壓力，即此時(shí)可按超壓判據(jù)對(duì)目標(biāo)破壞效果進(jìn)行分析;而當(dāng)t≤0.25T時(shí)，則認(rèn)為是沖擊載荷作用，目標(biāo)的變形與破壞僅取決于沖量的大小，與最大載荷無(wú)關(guān)，即此時(shí)應(yīng)按沖量判據(jù)對(duì)目標(biāo)破壞效果進(jìn)行分析。

根據(jù)上述理論，再據(jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算得到該聚能裝藥在上述2種距離下的沖擊波正壓區(qū)作用時(shí)間見(jiàn)表2。

表2 沖擊波正壓區(qū)作用時(shí)間計(jì)算結(jié)果

而2層磚墻的固有振動(dòng)周期據(jù)文獻(xiàn)［7］為T=0.01 s。由此可以看出，不論是在距磚墻0.25 m處還是緊貼磚墻，該聚能裝藥爆炸沖擊波正壓作用時(shí)間都小于0.25 T，所以此時(shí)應(yīng)按照比沖量判據(jù)對(duì)目標(biāo)破壞效果進(jìn)行分析。據(jù)此可判斷，該聚能裝藥的爆破作用不能使2層磚墻出現(xiàn)明顯的破壞。

2 試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按照前文研究的聚能裝藥及磚墻參數(shù)，加工了聚能裝藥及目標(biāo)磚墻并進(jìn)行了試驗(yàn)。

試驗(yàn)時(shí)，利用木制托彈架將聚能裝藥放置在磚墻前規(guī)定距離L處，藥型罩一端朝向磚墻，起爆聚能裝藥，通過(guò)觀察并測(cè)量爆炸后的磚墻破壞情況，可得到聚能裝藥爆炸后對(duì)磚墻的毀傷效果，試驗(yàn)布置見(jiàn)圖1。

圖1 試驗(yàn)布置

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)共進(jìn)行了2發(fā)，其中，聚能裝藥距磚墻0.25 m和緊貼磚墻試驗(yàn)各1發(fā)，2發(fā)試驗(yàn)后的靶標(biāo)正面和靶標(biāo)背面的毀傷照片見(jiàn)圖2和圖3，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

圖2 磚墻正面毀傷情況照片

圖3 磚墻背面毀傷情況照片

表3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，無(wú)論是在距磚墻0.25 m處還是在緊貼磚墻爆炸時(shí)，所研究的小型聚能裝藥都不足以使磚墻產(chǎn)生垮塌、傾倒等嚴(yán)重破壞，其對(duì)磚墻的破壞作用主要還是體現(xiàn)在射流開(kāi)孔方面，試驗(yàn)結(jié)果與理論分析結(jié)果吻合。

然而，通過(guò)對(duì)比2發(fā)試驗(yàn)結(jié)果可明顯看出，隨著與磚墻間距的減小，聚能裝藥對(duì)磚墻的毀傷效果明顯增強(qiáng):首先在開(kāi)孔孔徑方面，緊貼磚墻爆炸比距離0.25 m爆炸時(shí)的開(kāi)孔孔徑增大了約1倍;而在爆破作用的毀傷方面，緊貼磚墻爆炸比距離0.25 m爆炸時(shí)在磚墻上產(chǎn)生的崩落范圍約增大了2倍，并且使磚墻產(chǎn)生了明顯的裂縫及錯(cuò)位，對(duì)兩級(jí)串聯(lián)戰(zhàn)斗部而言，上述兩方面都明顯更利于后級(jí)戰(zhàn)斗部通過(guò)，因此該試驗(yàn)結(jié)果又表明，在進(jìn)行聚能裝藥對(duì)磚墻的毀傷研究時(shí)，必須對(duì)裝藥的爆破作用進(jìn)行考慮。

3 結(jié)論

本文研究了小型聚能裝藥對(duì)2層磚墻的毀傷效果，經(jīng)理論分析及試驗(yàn)研究表明:

1)對(duì)于裝藥量較小的聚能裝藥，當(dāng)其在磚墻近距離作用時(shí)，盡管其爆炸沖擊波超壓已經(jīng)大于磚墻的破壞載荷，但由于沖擊波作用時(shí)間太短，所以并不能對(duì)磚墻造成明顯的毀傷效果，其毀傷作用主要還是體現(xiàn)在射流的開(kāi)孔作用上;

2)隨著與磚墻間距離的減小，聚能裝藥對(duì)磚墻產(chǎn)生的破壞作用明顯增強(qiáng)，開(kāi)孔孔徑及崩落區(qū)范圍都明顯增大，該結(jié)果表明在進(jìn)行聚能裝藥對(duì)磚墻的毀傷研究時(shí)，必須對(duì)裝藥的爆破作用進(jìn)行考慮。

［1］ 胡曉艷，劉天生，王鳳英.大錐角聚能裝藥射流形成及對(duì)剛把侵徹的數(shù)值模擬［J］.彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2011，31(1):97－99.

［2］ 陳少輝，雷彬.聚能射流對(duì)間隔靶板的侵徹深度模型及數(shù)值模擬研究［J］.兵器材料科學(xué)與工程，2011，34(1):35－37.

［3］ 李友望，吳國(guó)東.三種聚能裝藥結(jié)構(gòu)侵徹靶板的數(shù)值模擬［J］.機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2010，25(6):65－67.

［4］ 常敬臻，盧永剛，孫傳杰.聚能裝藥對(duì)磚墻結(jié)構(gòu)靶體開(kāi)孔效能試驗(yàn)研究［J］.兵器材料科學(xué)與工程，2009，32(6):39－41.

［5］ 黃風(fēng)雷，張雷雷，段卓平.大錐角藥型罩聚能裝藥侵徹混凝土試驗(yàn)研究［J］.爆炸與沖擊，2008，28(1):17－22.

［6］ 隋樹(shù)元，王樹(shù)山.終點(diǎn)效應(yīng)學(xué)［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2000.

［7］ 王儒策，趙國(guó)志.彈丸終點(diǎn)效應(yīng)［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，1993.

(責(zé)任編輯魯 進(jìn))