地面弹药堆垛设置隔爆墙试验研究 .pdf
doi10. 3969/ j. issn. 1001- 8352. 2014. 03. 012 地面弹药堆垛设置隔爆墙试验研究 磁 张艳明 ① 罗兴柏① 刘国庆① 冯兆轩② 玄克诚② ①军械工程学院弹药工程系(河北石家庄,050003) ②中国人民解放军65316 部队(吉林长春,130000) [摘 要] 为了验证便携式隔爆墙对野战弹药堆垛的防护能力,在不同规格便携式隔爆墙内填充不同的介质,并 将其置于弹药堆垛的前方进行防护,距隔爆墙一段距离进行实弹静爆,通过观察实弹对隔爆墙的破坏程度,来判断 隔爆墙对弹药堆垛的防护效果。 结果表明,在试验条件下,1. 0 m 厚隔爆墙在距炸点 2. 0 m 以外、0. 6 m 厚隔爆墙 在距炸点 3. 0 m 以外防护有效;填充砂泥土隔爆墙的防护能力最强。 [关键词] 弹药堆垛; 隔爆墙;防护能力 [分类号] TJ410. 6 引言 弹药一般是指壳体内装有火药、炸药或其他装 填物的军械物品,能对目标起毁伤作用或完成其他 任务 [1] 。 作为一种重要的战略资源,弹药对于国防 安全有着非常重要的意义。 野战条件下,弹药一般 是以堆垛的形式暴露在阵地,如果不采取任何的防 护措施,作战时产生的爆轰产物、冲击波、破片和射 流都可能引起弹药堆垛的爆炸,不仅会造成弹药的 损失,更可能因为爆炸导致己方人员伤亡、战斗力丧 失等非常严重的后果。 因此提高野战弹药的防护能 力是非常重要的,这也是各军事强国都面临的基础 性和战略性课题 [2] 。 隔爆墙可以构造成简单的工事,布置在弹药堆 垛的四周,通过其对爆轰产物、破片、冲击波的阻挡, 对弹药堆垛起到防护作用。 目前国内外对于隔爆墙 的结构形式 [3- 6] 、载荷及设计 [7- 8] 、后流场压力和冲 量分布 [9- 10] 等做了一些研究,为隔爆墙的结构设计 以及应用提供了非常重要的参考信息。 本文通过在弹药堆垛周围放置不同规格、填充 不同介质的便携式隔爆墙,研究隔爆墙对弹药堆垛 的防护效果和能力。 直接作用于隔爆墙的是弹丸破 片、冲击波和爆轰产物。 1 试验研究 1. 1 试验条件 1)打击弹药某型弹丸,弹丸装药量相当于 3. 5 kg TNT,产生破片的数量大约为 1800 块。 2)打击方式为使被试目标受弹概率均等并达 到最大,试验采用地面静爆代替实打,弹丸口部朝 下,落角约90 ,用电雷管起爆。 3)目标弹药目标弹药中所使用的实弹、倒空 弹药与打击弹药的型号相同,使用的包装箱分别有 木质、塑料和铁质3 种材质。 4)便携式隔爆墙外围由钢丝编织而成,闲置 时可以折叠,使用时将其展开,可以根据实际需要填 充不同的介质,如图1 所示。 图1 便携式隔爆墙 Fig. 1 Portable explosive- proof walls 1. 2 试验过程 1. 2. 1 摸底试验 在受试目标无实弹情况下,实测便携式隔爆墙 防护效果,为正式试验提供参考,示意图见图2。 目标1地面弹药堆垛设置隔爆墙。 厚度为 1. 5 m,填充砂泥土,迎弹面到炸点距离为4. 0 m,弹药堆 垛迎弹面如图 3 所示。 25 爆 破 器 材 Explosive Materials 第 43 卷第3 期 磁 收稿日期2013- 12- 24 作者简介张艳明(1989 ~ ),男,硕士研究生, 主要从事弹药技术与保障研究。 E- mailzym1553681@163. com 通信作者罗兴柏(1962 ~ ),男,教授,主要从事弹药技术与保障研究。 图2 摸底试验目标布设示意图(单位m) Fig. 2 Arrangement sketch of goals in assessment experiment(unitm) 图 3 弹药堆垛迎弹面 Fig. 3 Impacted side of ammunition stack 1. 2. 2 试验一 对比实测受试弹药距炸点 7. 0 m 处,1. 0 m 厚 隔爆墙的毁伤效应和防护效果,示意图为图 4。 图 4 试验一目标布设示意图(单位m) Fig. 4 Arrangement sketch of goals in experiment 1(unitm) 地面弹药堆垛弹药131 箱,分5 层2 列并排堆 放。 迎弹面放置实弹药筒2 发,装倒空弹药的铁质、 塑料包装箱各2 个;其余包装箱装土配重。 目标 2隔爆墙在炸点和弹药堆垛之间,距离弹 药堆垛正面 1. 5 m,用砂泥土装填。 便携式隔爆墙 长4. 0 m、厚1. 0 m、高1. 37 m。 1. 2. 3 试验二 距炸点 3. 0 m 处,设 0. 6 m 和 1. 0 m 两种厚度 隔爆墙。 对比实测弹药对这 2 个目标的毁伤效应和 防护效果,目标布设示意图为图 5。 图 5 试验二目标布设示意图(单位m) Fig. 5 Arrangement sketch of goals in experiment 2(unitm) 1)目标 3隔爆墙距炸点 3. 0 m,长 4. 0 m 厚 1. 0 m 高1. 37 m,填充砂泥土。 弹药堆垛弹药32 箱,分2 列并排堆放,距炸点 5. 0 m,迎弹面放置实弹药筒2 发,倒空弹药8 发,其 余包装箱装土配重。 2)目标 4隔爆墙距炸点 3. 0 m,长 4. 0 m 厚 0. 6 m 高1. 37 m,填充砂泥土。 弹药堆垛弹药36 箱,分2 列并排堆放,距炸点 5. 0 m,迎弹面放置倒空弹10 发,其余包装箱装土配 重。 1. 2. 4 试验三 不同填充介质隔爆墙共 7 个,目标的毁伤效应 和防护效果测试示意图为图 6。 1)目标 5隔爆墙填充碎石,距炸点 3. 0 m,长 2. 0 m 厚0. 6 m 高1. 37 m。 弹药堆垛弹药70 箱,分 5 层2 列并排堆放,包 装箱装土配重。 2)目标 6隔爆墙填充袋装砂石,V(砂)瞷V (石) = 1瞷2,距炸点 3. 0 m,长 2. 0 m 厚 0. 6 m 高1. 37 m。 弹药堆垛与目标5 共用。 3)目标7隔爆墙填充砂泥土,距炸点2. 0 m,长 1. 0 m 厚1. 0 m 高1. 37 m。 弹药堆垛弹药62 箱,分 5 层2 列并排堆放,包 装箱装土配重。 4)目标 8隔爆墙填充砂石,V(砂)瞷V(石) = 1瞷2,距炸点2. 0 m,长 1. 0 m 厚 1. 0 m 高 1. 37 m。 弹药堆垛与目标7 共用。 5)目标9隔爆墙填充碎石,距炸点3. 0m,长 352014 年 6 月 地面弹药堆垛设置隔爆墙试验研究 张艳明,等 图 6 试验三目标布设示意图(单位m) Fig. 6 Arrangement sketch of goals in experiment 3(unitm) 2. 0 m 厚0. 6 m 高1. 37 m。 弹药堆垛弹药55 箱,分5 层2 列并排堆放,包 装箱装土配重。 6)目标 10隔爆墙填充袋装砂石,砂石比例为 V(砂)瞷V(石) = 3瞷1,距炸点3. 0 m,长1. 0 m 厚 0. 6 m 高1. 37 m。 弹药堆垛与目标9 共用。 7)目标11隔爆墙填充砂石,V(砂)瞷V(石) = 3瞷1,距炸点 3. 0 m,长 1. 0 m 厚 0. 6 m 高 1. 37 m。 弹药堆垛与目标9 共用。 2 结果及分析 2. 1 毁伤情况 距炸点不同距离的 11 个隔爆墙毁伤情况不尽 相同,3 个发生局部坍塌(目标 7、目标 8、目标 11), 主要是由于冲击波的冲击作用。 其余发生防护布烧 毁或撕裂、钢质网片变形或脱焊、钢质网片切断等损 伤情况,主要是弹丸破片的作用。 除一处隔爆墙结 合部(目标 9 与目标 10 结合部)被破片穿透,进而 击穿包装箱外,其余均未造成包装箱损坏。 隔爆墙 破坏模式如图7。 2. 2 试验结果 试验结果统计见表1。 1)不同规格隔爆墙的防护距离。 以隔爆墙后 弹药堆垛迎弹面包装箱不被击穿作为隔爆墙防护有 图 7 便携式隔爆墙的破坏模式 Fig. 7 Failure modes of explosive- proof walls 效判据。 1. 0 m 厚隔爆墙在4. 5 m、3. 0 m、2. 0 m 炸 距上均未被击穿;0. 6 m 厚隔爆墙在 3. 0 m 炸距上, 6 组样本量均未被击穿,破片最大侵深 0. 56 m;迎弹 面包装箱均未受损。 综合判定,1. 0 m 厚隔爆墙在 距炸点2. 0 m 以外、0. 6 m 厚隔爆墙在距炸点3. 0 m 以外防护有效。 2)不同填充介质隔爆墙的防护能力。 以破片 对填充介质的侵彻深度作为隔爆墙防护能力的判 据。 砂泥土的最大侵深为0. 45 m,砂石体积比3瞷1 的为 0. 56 m,砂石体积比1瞷2 和碎石均为0. 50 m; 在0. 52 m侵深内,砂泥土和碎石的拦截率为 100%, 砂石体积比 3瞷1 的为 90. 3%,砂石体积比 1瞷2 的 45 爆 破 器 材 Explosive Materials 第 43 卷第3 期 表1 试验结果统计 Tab. 1 Statistics of experimental results 目标 序号 厚度 规格 / m 炸 距 / m 填 充 介 质 介质 密度/ (kg m - 3) 破片最大 侵深/ cm 侵 深 分 布 率 / % 0 ~ 26 / cm 27 ~ 52 / cm 53 ~ 80 / cm 弹药包装 击穿情况 隔爆墙 爆后情况 1�1汉. 54蜒. 0砂泥土2085屯 2�1汉. 04蜒. 5砂泥土2085屯45挝53q. 746邋. 30p 3�1汉. 03蜒. 0砂泥土2085屯 4�0汉. 63蜒. 0砂泥土2085屯41挝87q. 212邋. 80p 5�0汉. 63蜒. 0碎石3321屯50挝75q. 025邋. 00p 6�0汉. 63蜒. 0 V(砂)瞷V(石) = 1瞷2(袋装) 2738屯50挝89q. 37舷. 13C. 6 7�1汉. 02蜒. 0砂泥土2085屯 8�1汉. 02蜒. 0 V(砂)瞷V(石) = 1瞷2C 2738屯 9�0汉. 63蜒. 0碎石3321屯 10 0汉. 63蜒. 0 V(砂)瞷V(石) = 3瞷1(袋装) 2364屯56挝41q. 948邋. 46C. 5 11 0汉. 63蜒. 0 V(砂)瞷V(石) = 3瞷1 2364屯 无 无 整体结构完 好,迎弹面有 轻微破坏 同目标1 ~ 3z 局部坍塌 同目标1 ~ 3z 局部坍塌 注1)炸点距离指炸点至隔爆墙迎弹面的水平距离;2)隔爆墙高度规格均为1. 37 m,长度单元均为1. 0 m;3)“”代表数 据未统计或无法统计。 为96. 4%。 综合判定,填充砂泥土隔爆墙的防护能 力最强;填充砂石混合物和碎石的隔爆墙由于样本 量较少,未能得到防护能力的统计规律。 2. 3 理论分析 2. 3. 1 侵彻深度 破片对隔爆墙的侵彻深度可以按弹丸侵彻土壤 公式(1)计算 [11] h = λ K m d 2vcsinθc。 (1) 式中h 为侵彻深度,m;m 为弹丸质量,kg;d 为弹 径,m; vc为着速,m/ s; θc为落角,rad; K 为取决于 土壤介质的侵彻系数,m 2 s/ kg; λ为取决于弹头 部形状的系数。 假设破片为球形破片,则式(1)可转化为 h = λ K m (2 3 3m/ 4π ρ) 2 vcsinθc。(2) 式中 ρ为破片材料密度。 由式(2)可知,侵彻深度与破片质量、速度成正 比。 破片初速可由下面的公式求得 [11] v0= 2E mω ms+ 0. 5mω。 (3) 式中ms、mω分别为弹丸壳体和炸药的质量, 2E为 取决于炸药性能的常数。 由试验结果可知,破片对隔爆墙最大侵彻深度 为 0. 56 m。 利用以下参数对破片的最大侵彻深度 进行理论估算头部形状系数l = 1(球形头部) [12] ; 系数 K = 6. 5 10 - 6 m 2 s/ kg [12] ;选取最大破片质 量 m = 43. 8 g;破片密度 ρ = 7. 85 g/ cm 3;v c取破片 初速1050 m/ s(式 3 求得);落角 θc= 90 。 将上述各数值代入式(2)求得理论最大侵彻深 度为 h = 62 cm,这与试验所得结果比较接近。 从试验和理论的结果分析可得为了保证弹药 堆垛对该试验弹丸破片的防护,可选取 1. 0 m 厚的 隔爆墙对弹药堆垛进行防护。 2. 3. 2 冲击波作用 冲击波对隔爆墙的破坏可以按照式(4) 计 算 [12] Δ pm= 0. 1001 3 ω x + 0. 3914 3 ω x 2 + 1. 236 3 ω x 3 。(4) 式中Δ pm为装药在普通土壤地面爆炸时空气冲击 波的峰值超压,MPa;ω为 TNT 装药量,kg;x 为到爆 心的距离,m。 将 x = 2. 0 m,w = 3. 5 kg 代入式(4)可得 Δ pm= 0. 80066 MPa,将 x = 3. 0 m,w = 3. 5 kg 代入式(4)可 得 Δ pm= 0. 31113 MPa。 552014 年 6 月 地面弹药堆垛设置隔爆墙试验研究 张艳明,等 由试验结果分析可知,距离炸点2. 0 m 处,规格 厚度为1. 0 m 的隔爆墙在杀爆弹打击下,前半部分 发生坍塌,损坏严重,不具备修复价值,但弹药堆垛 结构完好;而在距离炸点 3. 0 m 处,只有 0. 6 m 厚, 且 V(砂)瞷V(石) = 3瞷1 的隔爆墙局部坍塌,而其 余隔爆墙都结构完整,基本未受到损害。 因此,为了防护试验弹下冲击波对弹药堆垛的 破坏,可选取1. 0 m 厚的隔爆墙,并将其放置于弹药 堆垛的2. 0 m 外。 3 结论 1)从结果分析可得,在试验条件下,1. 0 m 厚隔 爆墙在距炸点2. 0 m 以外、0. 6 m 厚隔爆墙在距炸 点3. 0 m 以外,隔爆墙能够有效地对弹药堆垛进行 防护。 2)从隔爆墙填充介质分析可得,相同条件下填 充砂泥土隔爆墙的防护能力最强。 参 考 文 献 [1] 王志军,尹建平. 弹药学[M]. 北京北京理工大学出 版社,2005. 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Experimental Research on the Explosive- proof Walls Setting in front of the Ammunition Stack on Ground ZHANG Yanming ①,LUO Xingbai①,LIU Guoqing①,FENG Zhaoxuan②,XUAN Kecheng② ①Department of Ammunition Engineering, Ordnance Engineering College (Hebei Shijiazhuang, 050003) ②65316 Troops of PLA (Jilin Changchun,130000) [ABSTRACT] In order to verify the proofing effect on the field ammunition stack , portable explosive- proof walls in different sizes and filled with different media were placed in front of the ammunition stacks , from which the ammunition explosion was conducted in a certain distance. The proofing capacity of the portable explosive - proof walls to the ammunition stacks could be determined from the failure degree of explosive - proof walls. Results show that when the explosive- proof wall in a thickness of 1. 0 m is put at a distance of 2. 0 m from the detonation point or the one in a thickness of 0. 6 m is put at a distance of 3. 0 m from the detonation point, the proofing is effective. The explosive- proof wall filled with loam and mold shows the strongest proofing capacity. [KEY WORDS] ammunition stacks; explosive- proof walls; proofing capacity 65 爆 破 器 材 Explosive Materials 第 43 卷第3 期