多發(fā)彈丸同時(shí)起爆下破片空間分布實(shí)驗(yàn)研究

張玉令，羅興柏，徐 龍

（1.軍械工程學(xué)院彈藥工程系，河北 石家莊，050003； 2.78465部隊(duì)， 四川 廣元， 628000）

彈丸爆炸后，破片以一定的方向飛散出去，其在空間的分布情況是影響破片殺傷作用場(chǎng)的重要因素。當(dāng)多發(fā)彈丸堆集在一起同時(shí)引爆時(shí)，彈體之間距離變小，有可能阻礙殼體膨脹到最大速度半徑[1]。此外，破片飛散時(shí)彼此有可能發(fā)生碰撞，不僅使破片飛散速度降低、改變破片飛行方向，還有可能造成破片的再次破碎，形成新的破片，這些都會(huì)影響最終破片的質(zhì)量、速度、空間分布。因此，為了更好地研究破片的飛散范圍，準(zhǔn)確計(jì)算彈丸的殺傷危害能力，需要對(duì)多發(fā)彈丸集中同時(shí)起爆時(shí)破片的空間分布進(jìn)行研究。本文基于實(shí)驗(yàn)分別對(duì)單發(fā)彈丸起爆和多發(fā)彈丸同時(shí)起爆下破片的空間分布進(jìn)行研究，探討多發(fā)彈丸起爆時(shí)的破片空間分布規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)彈體

本實(shí)驗(yàn)所用模擬彈丸是自制裝置，裝填炸藥后的自制裝置見圖1。彈丸裝藥為采用注裝方式裝入的猛炸藥，彈丸殼體材料為金屬。經(jīng)過對(duì)未裝藥的10枚殼體和裝填炸藥的10發(fā)彈體進(jìn)行抽樣計(jì)算，獲得了彈丸殼體和裝藥質(zhì)量，以及裝藥密度。采用起爆藥柱和電雷管起爆的方式對(duì)模擬彈丸進(jìn)行起爆。

圖1 自制裝置Fig.1 Self-designed devices

1.2 靶場(chǎng)布置

采用長(zhǎng)方形靶對(duì)破片空間分布進(jìn)行測(cè)量[2]，本實(shí)驗(yàn)采用25mm的松木板作為長(zhǎng)方形靶，長(zhǎng)方形靶上貼上白紙，方便記錄破片數(shù)目，并在靶紙上定距劃分破片收集區(qū)域，采用縱橫交錯(cuò)的虛直線將靶板分成各個(gè)區(qū)域，將垂直方向和水平方向上的區(qū)域依次標(biāo)注為1#、2#……，如區(qū)域?qū)?yīng) 1#縱向區(qū)域、對(duì)應(yīng) 2#橫向區(qū)域，則將該區(qū)域標(biāo)注為“1#～2#區(qū)域”，其余類推。

爆炸模擬彈采用臥式放置的方法放置在爆炸點(diǎn)支架上，彈丸軸線與地面平行，多發(fā)爆炸試驗(yàn)為3發(fā)模擬彈，采用下面2發(fā)、上面1發(fā)的方式擺放，如圖2所示；單發(fā)爆炸試驗(yàn)則直接將單發(fā)彈丸用膠帶固定在爆炸點(diǎn)支架上。

圖2 模擬彈丸擺放方式Fig.2 Layout of projectiles

靶板的整體布局見圖3，中靶板長(zhǎng)5m、高3m，前靶板長(zhǎng)2m、高3m，后靶板長(zhǎng)3m、高3m，3塊靶板距離爆炸點(diǎn)均為 2.4m，爆炸點(diǎn)高為 1.4m。實(shí)際爆炸現(xiàn)場(chǎng)布置見圖4。

圖3 靶板的整體布局示意圖Fig.3 Overall layout of target boards

圖4 靶板布置現(xiàn)場(chǎng)Fig.4 Layout arrangement of target boards

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

采用單發(fā)起爆和3發(fā)同時(shí)起爆兩種試驗(yàn)方式，分別獲得單發(fā)彈丸破片空間分布情況和3發(fā)彈丸破片空間分布情況，研究分析多發(fā)彈丸起爆時(shí)的破片空間分布規(guī)律，以及其與單發(fā)彈丸破片空間分布特點(diǎn)的區(qū)別。3發(fā)彈丸采用并聯(lián)起爆的方式進(jìn)行起爆。

彈丸起爆后記錄下每次爆炸后各區(qū)域的破片數(shù)目，按照彈丸軸向飛散方位角將各個(gè)區(qū)域又劃分為各個(gè)等角度區(qū)域，如圖 5所示，即按彈丸軸向 46.85～133.15°之間的等角度區(qū)域劃分。

圖5 中靶板破片收集區(qū)域劃分圖Fig.5 Collection area division of fragments in middle board

采用各等角度區(qū)域面積占各破片收集區(qū)域面積百分比的方法計(jì)算各個(gè)等角度區(qū)域之間破片的數(shù)目。如 53.90～57.99°之間的等角度區(qū)域面積占“1#～5#區(qū)域”的 %a、占“1#～6#區(qū)域”的 %b、占“2#～6#區(qū)域”的 %c、占“3#～6#區(qū)域”的 %d、占“4#～6#區(qū)域”的 %e、占“4#～5#區(qū)域”的f%，“1#～5#區(qū)域”、 “1#～6#區(qū)域”、“2#～6#區(qū)域”、“3#～6#區(qū)域”、“4#～6#區(qū)域”、“4#～5#區(qū)域”收集到的破片數(shù)依次為A、B、C、D、E、F，則53.9～57.99°之間等角度區(qū)域內(nèi)的破片數(shù)為：A·a%+B·b%+C·b%+D·d%+E·e%+F·f%。其余區(qū)域類推。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

分別對(duì)單發(fā)彈丸和多發(fā)彈丸進(jìn)行多次試驗(yàn)，破片對(duì)靶板的作用效果見圖6。表1為其中1次單發(fā)彈丸爆炸后各收集區(qū)域內(nèi)收集到的破片數(shù)目，其中，橫向區(qū)域 1#～4#是前靶板的收集區(qū)域，15#～20#是后靶板的收集區(qū)域。其余破片收集情況本文不再列舉。

圖6 破片對(duì)靶板的作用效果Fig.6 Fragment action effect on the target boards

表1 單發(fā)彈丸爆炸破片空間分布數(shù)據(jù)Tab.1 Space distribution regularity of fragments in single projectile explosion

對(duì)單發(fā)彈丸和多發(fā)彈丸多次試驗(yàn)后的結(jié)果進(jìn)行平均處理，并按實(shí)驗(yàn)方法中等角度區(qū)域破片數(shù)目的計(jì)算方法，計(jì)算出各等角度區(qū)域內(nèi)的破片數(shù)目，將破片軸向飛散方位角度記為φ，相鄰飛散角度間的角度差為dφ，相鄰飛散角度間區(qū)域的破片數(shù)目記為dNφ，所有計(jì)算區(qū)域內(nèi)的破片總數(shù)記為N0，設(shè)相鄰飛散角度間區(qū)域的破片飛散密度分布概率為P，則得到式（1）[3]：

將單發(fā)彈丸和多發(fā)彈丸各計(jì)算區(qū)域內(nèi)的破片飛散密度分布概率P計(jì)算結(jié)果匯總作圖，見圖7。圖7中 0～40°附近對(duì)應(yīng)前靶板的破片收集區(qū)域，140～180°之間對(duì)應(yīng)后靶板的破片收集區(qū)域，中間位置對(duì)應(yīng)中靶板的收集區(qū)域。

圖7 破片飛散密度分布概率Fig.7 Distribution probability of fragments flight density

圖7表明不論單發(fā)還是多發(fā)，破片沿彈軸法向飛散的破片密度概率最大，取中靶板區(qū)域的破片分布情況進(jìn)行研究，得到單發(fā)彈丸和多發(fā)彈丸在該區(qū)域的分布情況，分別見圖8和圖9，圖中原始曲線即為破片密度分布的實(shí)際情況，而擬合曲線是對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布擬合得到的。

圖8 單發(fā)彈丸破片飛散密度分布概率Fig.8 Distribution probability of fragments flight density in single projectile explosion

對(duì)于前靶板和后靶板對(duì)應(yīng)的沿彈丸頭部方向和底部方向，雖然獲得了統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但在統(tǒng)計(jì)過程中，由于無法區(qū)分雷管殼體和彈丸殼體，將部分雷管殼體誤當(dāng)彈丸殼體進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)生了較大誤差，因此不對(duì)其進(jìn)行研究。

圖9 多發(fā)破片飛散密度分布概率Fig.9 Distribution probability of fragments flight density in multi-projectiles explosion

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在圖8和圖9中，分別對(duì)單發(fā)彈丸破片飛散密度分布概率和多發(fā)彈丸破片飛散密度分布概率隨破片軸向飛散方位角的變化情況進(jìn)行了正態(tài)分布擬合，得到兩種情況下的正態(tài)分布函數(shù)，單發(fā)破片飛散密度分布概率近似服從參數(shù)的正態(tài)分布：

結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和圖7，可以得到3發(fā)彈丸與單發(fā)彈丸破片飛散密度分布概率比值，獲得破片飛散密度分布概率比值比例曲線，見圖10。

由圖 10可知，在 58.023 2～65.272 7°、74.451 4～103.615 5°之間，3發(fā)彈丸的破片飛散密度分布概率小于單發(fā)彈丸的破片飛散密度分布概率，其余的空間區(qū)域3發(fā)彈丸的破片飛散密度分布概率大于單發(fā)彈丸的破片飛散密度分布概率。74.451 4～103.615 5°之間對(duì)應(yīng)彈丸彈軸法向，說明在彈丸彈軸法向附近，多發(fā)彈丸的破片飛散密度分布概率小于單發(fā)彈丸的破片飛散密度分布概率。

圖10 彈丸破片飛散密度分布概率比值Fig.10 Distribution probability ratio of fragment flight density for multi-projectiles and single projectile

3 結(jié)論

本文利用自行設(shè)計(jì)的模擬彈丸和長(zhǎng)方形靶板，分別對(duì)單發(fā)彈丸引爆和3發(fā)彈丸同時(shí)引爆下的彈丸空間分布進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，通過數(shù)據(jù)處理和分析獲得破片軸向飛散密度分布函數(shù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析，得到多發(fā)彈丸破片飛散密度分布概率與單發(fā)彈丸破片飛散密度分布概率隨彈丸軸向變化的對(duì)比特點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)研究為進(jìn)一步研究多發(fā)彈丸爆炸時(shí)的破片空間分布規(guī)律奠定了基礎(chǔ)，對(duì)研究多發(fā)彈丸爆炸殺傷作用場(chǎng)和作用能力具有重要意義。

[1]北京工業(yè)學(xué)院八系.爆炸及其作用（下冊(cè)）[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社,1979.

[2]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.

[3]趙曉利,王軍波.彈藥學(xué)[M]. 北京: 解放軍出版社,1998.