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， 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的重要因素。當(dāng)多發(fā)彈丸堆集在一起同時引爆時，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)確計算彈丸的殺傷危害能力，需要對多發(fā)彈丸集中同時起爆時破片的空間分布進行研究。本文基于實驗分別對單發(fā)彈丸起爆和多發(fā)彈丸同時起爆下破片的空間分布進行研究，探討多發(fā)彈丸起爆時的破片空間分布規(guī)律。

1 實驗

1.1 實驗彈體

本實驗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)過對未裝藥的10枚殼體和裝填炸藥的10發(fā)彈體進行抽樣計算，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模擬彈丸進行起爆。

圖1 自制裝置Fig.1 Self-designed devices

1.2 靶場布置

采用長方形靶對破片空間分布進行測量[2]，本實驗采用25mm的松木板作為長方形靶，長方形靶上貼上白紙，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，采用縱橫交錯的虛直線將靶板分成各個區(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支架上，彈丸軸線與地面平行，多發(fā)爆炸試驗為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)爆炸試驗則直接將單發(fā)彈丸用膠帶固定在爆炸點支架上。

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5m、高3m，前靶板長2m、高3m，后靶板長3m、高3m，3塊靶板距離爆炸點均為 2.4m，爆炸點高為 1.4m。實際爆炸現(xiàn)場布置見圖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Fig.4 Layout arrangement of target boards

1.3 實驗方法

采用單發(fā)起爆和3發(fā)同時起爆兩種試驗方式，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的區(qū)別。3發(fā)彈丸采用并聯(lián)起爆的方式進行起爆。

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區(qū)域又劃分為各個等角度區(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算各個等角度區(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 實驗結(jié)果與分析

2.1 實驗結(jié)果

分別對單發(fā)彈丸和多發(fā)彈丸進行多次試驗，破片對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

對單發(fā)彈丸和多發(fā)彈丸多次試驗后的結(jié)果進行平均處理，并按實驗方法中等角度區(qū)域破片數(shù)目的計算方法，計算出各等角度區(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)彈丸各計算區(qū)域內(nèi)的破片飛散密度分布概率P計算結(jié)果匯總作圖，見圖7。圖7中 0～40°附近對應(yīng)前靶板的破片收集區(qū)域，140～180°之間對應(yīng)后靶板的破片收集區(qū)域，中間位置對應(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際情況，而擬合曲線是對實際數(shù)據(jù)進行正態(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

對于前靶板和后靶板對應(yīng)的沿彈丸頭部方向和底部方向，雖然獲得了統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但在統(tǒng)計過程中，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)彈丸殼體進行了統(tǒng)計，產(chǎn)生了較大誤差，因此不對其進行研究。

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 實驗結(jié)果分析

在圖8和圖9中，分別對單發(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)合實驗數(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)計的模擬彈丸和長方形靶板，分別對單發(fā)彈丸引爆和3發(fā)彈丸同時引爆下的彈丸空間分布進行了實驗，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)，并對實驗結(jié)果進行總結(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比特點。本實驗研究為進一步研究多發(fā)彈丸爆炸時的破片空間分布規(guī)律奠定了基礎(chǔ)，對研究多發(fā)彈丸爆炸殺傷作用場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）[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社,1979.

[2]王儒策,趙國志.彈丸終點效應(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.