小型聚能装药对砖墙的毁伤研究

张学春，解文辉，蔡金良，毛 川

(1.海军装备部重庆军事代表局，重庆 402760;2.重庆红宇精密工业有限责任公司，重庆 402760)

聚能装药通常主要用于打击装甲车辆、地下工事、机场跑道等较为坚固的目标，其利用聚能效应产生的高速射流(或EFP)的侵彻作用对目标实施破坏。在进行聚能装药研究时，通常人们只关注其聚能效应对目标的毁伤效果，而对其爆破作用对目标产生的毁伤效果一般很少关注［1－5］。然而，在采用两级串联战斗部对砖墙类目标的毁伤研究中，由于前级聚能装药距离目标较近，而且目标防护能力相对较弱，因此爆破作用对目标的毁伤作用就不可忽视。

本文通过理论分析与试验，对小型聚能装药近距离爆炸对砖墙的毁伤效果进行了研究。

1 理论分析

本文研究的小型聚能装药主要结构参数为:装药直径80 mm，装药量0.6 kg，铝制壳体，小锥角紫铜药型罩;目标为采用普通砖体和水泥砂浆砌成的2层砖墙，自然风干。

根据经验，该聚能装药形成的射流明显具备对2层砖墙的穿透能力，其毁伤能力不再赘述，在此重点关注其爆破作用对砖墙的毁伤效果。

在进行爆破作用分析时，主要研究以下2种典型情况:1种假设装药在距砖墙一定距离处爆炸，即模拟具有一定炸高的情况，在此取0.25 m;另1种假设装药紧贴砖墙爆炸，模拟炸高为0的情况。

根据文献［6］和文献［7］，忽略装药结构形状，可计算得到该聚能装药的爆破性能主要参数，见表1。

表1 聚能装药爆破作用计算结果

根据文献［7］，使2层砖墙产生破坏的冲击波超压要求为:大于0.044 MPa，比冲量要求为:大于2 156 Ns/m2。对比表1计算结果可以发现，如果按照超压破坏准则，2种距离下砖墙都应该被破坏，而按照比冲量破坏准则，此时砖墙又不会被破坏，即按照不同毁伤判据，出现了结果不一致的问题。为此，还必须结合冲击波的作用特性进行进一步分析。

根据冲击波对目标的破坏理论可知，冲击波对目标的破坏作用不仅取决于载荷的大小，而且取决于载荷随时间的变化。根据载荷作用时间t与目标体系自由振动周期T的比较，可将载荷分为静载荷与动载荷:当载荷作用时间t＞10T时，可认为是长时间作用，此时载荷可认为是静载荷，目标的变形与破坏取决于该瞬间的最大压力，即此时可按超压判据对目标破坏效果进行分析;而当t≤0.25T时，则认为是冲击载荷作用，目标的变形与破坏仅取决于冲量的大小，与最大载荷无关，即此时应按冲量判据对目标破坏效果进行分析。

根据上述理论，再据有关经验公式，计算得到该聚能装药在上述2种距离下的冲击波正压区作用时间见表2。

表2 冲击波正压区作用时间计算结果

而2层砖墙的固有振动周期据文献［7］为T=0.01 s。由此可以看出，不论是在距砖墙0.25 m处还是紧贴砖墙，该聚能装药爆炸冲击波正压作用时间都小于0.25 T，所以此时应按照比冲量判据对目标破坏效果进行分析。据此可判断，该聚能装药的爆破作用不能使2层砖墙出现明显的破坏。

2 试验研究

2.1 试验设计

按照前文研究的聚能装药及砖墙参数，加工了聚能装药及目标砖墙并进行了试验。

试验时，利用木制托弹架将聚能装药放置在砖墙前规定距离L处，药型罩一端朝向砖墙，起爆聚能装药，通过观察并测量爆炸后的砖墙破坏情况，可得到聚能装药爆炸后对砖墙的毁伤效果，试验布置见图1。

图1 试验布置

2.2 试验结果及分析

试验共进行了2发，其中，聚能装药距砖墙0.25 m和紧贴砖墙试验各1发，2发试验后的靶标正面和靶标背面的毁伤照片见图2和图3，试验数据见表3。

图2 砖墙正面毁伤情况照片

图3 砖墙背面毁伤情况照片

表3 试验数据

从上述试验结果可以看出，无论是在距砖墙0.25 m处还是在紧贴砖墙爆炸时，所研究的小型聚能装药都不足以使砖墙产生垮塌、倾倒等严重破坏，其对砖墙的破坏作用主要还是体现在射流开孔方面，试验结果与理论分析结果吻合。

然而，通过对比2发试验结果可明显看出，随着与砖墙间距的减小，聚能装药对砖墙的毁伤效果明显增强:首先在开孔孔径方面，紧贴砖墙爆炸比距离0.25 m爆炸时的开孔孔径增大了约1倍;而在爆破作用的毁伤方面，紧贴砖墙爆炸比距离0.25 m爆炸时在砖墙上产生的崩落范围约增大了2倍，并且使砖墙产生了明显的裂缝及错位，对两级串联战斗部而言，上述两方面都明显更利于后级战斗部通过，因此该试验结果又表明，在进行聚能装药对砖墙的毁伤研究时，必须对装药的爆破作用进行考虑。

3 结论

本文研究了小型聚能装药对2层砖墙的毁伤效果，经理论分析及试验研究表明:

1)对于装药量较小的聚能装药，当其在砖墙近距离作用时，尽管其爆炸冲击波超压已经大于砖墙的破坏载荷，但由于冲击波作用时间太短，所以并不能对砖墙造成明显的毁伤效果，其毁伤作用主要还是体现在射流的开孔作用上;

2)随着与砖墙间距离的减小，聚能装药对砖墙产生的破坏作用明显增强，开孔孔径及崩落区范围都明显增大，该结果表明在进行聚能装药对砖墙的毁伤研究时，必须对装药的爆破作用进行考虑。

［1］ 胡晓艳，刘天生，王凤英.大锥角聚能装药射流形成及对刚把侵彻的数值模拟［J］.弹箭与制导学报，2011，31(1):97－99.

［2］ 陈少辉，雷彬.聚能射流对间隔靶板的侵彻深度模型及数值模拟研究［J］.兵器材料科学与工程，2011，34(1):35－37.

［3］ 李友望，吴国东.三种聚能装药结构侵彻靶板的数值模拟［J］.机械管理开发，2010，25(6):65－67.

［4］ 常敬臻，卢永刚，孙传杰.聚能装药对砖墙结构靶体开孔效能试验研究［J］.兵器材料科学与工程，2009，32(6):39－41.

［5］ 黄风雷，张雷雷，段卓平.大锥角药型罩聚能装药侵彻混凝土试验研究［J］.爆炸与冲击，2008，28(1):17－22.

［6］ 隋树元，王树山.终点效应学［M］.北京:国防工业出版社，2000.

［7］ 王儒策，赵国志.弹丸终点效应［M］.北京:北京理工大学出版社，1993.

(责任编辑鲁 进)