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1、 66 第四章 杀伤和爆破威力试验 4 1 破碎性 破片质量分布 试验 破碎性试验亦称破片质量分布试验 它主要用来评定和研究榴弹破片的 数量以及按其质量分布的规律 在此基础上可以分析 改善弹丸结构 改善 弹体或预制破片的材料 尺寸与炸药种类 质量等参量的匹配关系 通过破 碎性试验可进一步分析研究弹丸爆炸后破片的形状 预制破片的变形 测量 破片在空气中飞行时的迎风面积以及在不同速度时的空气阻力系数 破碎性 试验是评定杀伤威力 计算杀伤面积所不可缺少的重要试验内容之一 一 试验原理及方法 破碎性试验的目的是回收弹丸爆炸后的破片并按质量分组获取破片质 量分布 必要时可进一步利用该试验结果测定各质量组
2、破片的平均迎风面积 以及空气阻力系数 为了能使回收的破片尽量真实的反映弹丸在空气中爆炸 后破片的质量和形状 通常是把被试验弹丸放置在一个具有一定尺寸的容器 A 中 周围放置使破片减速的介质 参见图 4 l 当弹丸爆炸后 破片穿过 减速介质 速度逐渐衰减至零 所回收的破片的形状尺寸 质量是否与空气 中爆炸时的相同 主要取决于容器 A 的尺寸 减速介质的种类 厚度等参数 试验前应先对被试弹丸进行外观性能尺寸检查并详细记录批号 炉号 弹体材料和质量以及装药种类配比 质量 装填密度等参量 起爆时采用静 爆试验引信 该引信是将原配用引信摘除击发机构 隔离机构以及发火系统 保留其传爆系统 试验时由导爆管引
3、至安全位置 按照技安要求起爆 然后 从减速介质中取出破片 经清洗后称重分级 1 2 3 4 5 6 图 4 1 破碎性试验装置图 1 内圆筒 2 外圆筒 3 容器 A 4 起爆线路 5 弹丸 6 砂 67 二 影响试验精度的主要因素 破碎性试验后所获得的破片能否较真实的反映弹丸在空气中爆炸时破 片的质量和形状 主要取决于容器 A 的尺寸 减速介质的种类以及减速介质 的厚度 而这些参量的选择又与破碎性试验的设备 试验规模 环境条件 劳动强度以及试验成本有关 1 容器尺寸 容器尺寸影响着弹丸爆炸形成的破片飞至减速介质的时间 当容器尺寸 太小时可能影响破片在到达减速介质之前的 自发 分离 而不能真实
4、的反 映弹丸在空气中破碎的情况 容器尺寸越大回收的破片就越接近真实情况 根据瑞典国防研究所与荷兰的技术实验室进行的试验表明当容器直径 内圆 筒 从小逐渐增加到 6 倍弹丸直径时 试验所得结果的精度逐渐提高 而当 容器直径由 6 倍弹径再逐渐增加时 试验结果没有明显变化 当达到 8 倍弹 径时其影响可以忽略不计 因而容器的直径可选为 6 倍弹径 弹丸顶端至容 器上盖的距离以及弹底至容器底的距离亦可参照容器直径为 6 倍弹径时 弹 体壁至容器壁的距离来确定 根据减速介质的不同容器可用纸板 纤维板 胶合板或塑料板制成 2 减速介质 减速介质的种类以及减速介质的厚度影响着破片在该介质中所受的阻 力和速
5、度衰减过程 当介质的密度较大时破片在介质中所受阻力大 速度衰 减快 虽然介质的厚度可以减薄 试验时劳动量可以降低 但由于阻力大 破片在减速介质中可能产生二次破碎 因而影响试验精度 当介质的密度较 小时 破片所受阻力减小可避免破片的二次破碎 但减速介质的厚度必须增 加 而使试验规模和工作量加大 目前世界各国所用的减速介质有三种木屑 锯末 砂子和水 木屑的 密度为 200 300kg m 3 水的密度为 1OO0 kg m3 砂子的密度为 15O0 24O0 kg m 3 按照这三种介质的密度来分析 采用木屑做减速介质并适当加厚减速 介质层的厚度 则试验时导致二次破碎的可能性最小 用砂子做减速介质
6、可 能产生二次破碎 通常用木屑做减速介质时可借用鼓风和磁力 钢破片 来 分离木屑和破片 用砂子做减速介质时采用过筛 2mm 2mm 的方法分离出 破片 水做减速介质时 可用尼龙网收集被片 从试验时的劳动强度来看 用水做减速介质时劳动强度小 劳动条件好 试验后的水可直接排放而对周 围环境影响不大 用砂做减速介质时的劳动强度大 条件差 用木屑做减速 介质时劳动环境也不好 因此 当经常进行试验时 可建设用水做减速介质 的回收破片装置和爆炸水井 当不经常进行试验时 可建设用砂做减速介质 的装置 荷兰技术实验室与瑞典国防研究所曾进行了减速介质为水和木屑 锯 末 时弹丸破碎性对比试验 共进行了 4 组试验
7、 每组试验 3 发 瑞典 105mm 68 的弹丸 每组试验方法参见表 4 l 其中国防研究所第三方案是将弹丸放置 在直径为 0 8m 的容器内 外部再放置一个用 3mm 纸板围绕成的容器 内 外两容器在径向上的距离为 50mm 内 外两容器间充满水 在外容器的外面 为锯末 其试验结果参见表 4 2 表 4 l 试验参量 研究单位 FOA 1 FOA 2 FOA 3 TL 减速介质 锯末 锯末 0 05m 水 锯末 水 容器直径 m 0 60 0 80 0 80 0 80 从表 4 1 得知 对于低于 0 9g 的破片来说 技术试验室 TL 系统的 积累回收数量严重的偏离了国防研究所 1 系统
8、 FOA 1 的试验值 而国防 研究所的 3 种方法 FOA 1 FOA 2 和 FOA 3 的试验结果相近 技术试验室 系统与国防研究所 1 系统 FOA l 有差异的主要原因是 1 技术试验室方法给出的回收百分比较大 其差异主要是小破片 造成的 2 技术试验室方法利用一个大的空气圆柱体 它可引起在破片冲 击减速介质之前的另外的 自发 分解 3 用水做减速介质比用锯未做减速介质时更容易引起二次破碎 三 爆炸水井的设计特点 由于爆炸水井要存放大量的水做为破片的减速介质 当被试弹丸爆炸 时 在水中传播的压力波直接作用在井壁上 所以爆炸水井筒壁的强度以及 防震是很重要的 是必需妥善解决的问题 1
9、爆炸水井尺寸的确定 爆炸水井直径和高度主要取决于试验时的炸药量或被试弹的尺寸 可参 照用砂做减速介质时砂子的厚度来确定 因水的密度比砂子的小 所以应按 两种减速介质密度的比值相应地增加介质的厚度 为了防止破片在此介质厚 度中速度还没有完全衰减而撞击筒壁 水井内径应再适当增大 使其具有一 定的安全余量 2 高压气幕的设计 由于水是不可压缩的介质 所以在弹丸爆炸时形成很强的冲击波作用在 水井内壁上 为了保护井壁 试验时在靠水井内壁处 充有圆柱形气幕保护 井壁 这是由于空气是压缩性极大的介质 当受到强烈的压缩后可暂时吸收 并贮存很大一部分能量 在冲击波传播时有利于增长其正压作用时间 平缓 其压力峰值
10、 通过下面粗略的估算可以看出在水中及空气中冲击波传播特性 的不同 根据 TNT 球形装药水中或空中爆炸的经验公式 可以得出一定距离 R 处 冲击波阵面压力峰值pm 正压作用时间t 以及冲击波的正压比冲量 i 70 如果取炸药量 0 5kg 当装填密度 3 52 1cmg m 则球形装药半 径cmr28 4 0 水中冲击波参量公式为 13 1 3 3 52 R pm 4 1 2 16 15 10Rt 4 2 89 0 3 3 1 58 R i 4 3 其计算结果列于表 4 3 表 4 3 水中冲击波参量公式计算结果 R m 1 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 pm MPa 40 2 36
11、 1 32 8 29 9 27 6 25 5 t s 8 9 9 34 9 76 10 2 10 5 10 9 i MPa s 37 3 34 2 31 7 29 5 27 7 26 0 空气中冲击波参量公式为 3 3 2 2 3 1 7 7 284 0 1098 0 RR R pm 4 4 2 16 1 00135 0Rt 4 5 Ri 21 2 3 1 4 6 其计算结果列于表 4 4 表 4 4 空气中冲击波参量公式计算结果 R m 1 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 pm MPa 0 674 0 553 0 467 0 403 0 355 0 318 t s 1203 1261
12、 1318 1371 1423 1473 i MPa s 1 75 1 59 1 46 1 35 1 25 1 17 水和空气中冲击波参量公式计算结果的比值列于表 4 5 表 4 5 水和空气中冲击波参量公式计算结果 R m 1 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 pm 水 pm 空气 59 6 65 3 70 2 74 2 77 7 80 2 71 t 水 t 空气 7 41 10 3 7 41 10 3 7 41 10 3 7 41 10 3 7 41 10 3 7 41 10 3 i 水 i 空气 21 3 21 5 21 7 21 9 22 2 22 2 从上述计算结果可见 水中冲
13、击波在传播过程中 波阵面的压力峰值高 衰减缓慢 在给定的距离 R 1 15m 范围内 其 pm值为空气冲击波的 60 80 倍 而正压时间 t 则很短 仅为空气中冲击波的 70 左右 但压力冲量 则为空气中冲击波的 22 倍左右 因此在相同弹药条件下 爆炸时水中冲击 波作用在结构上将更显示出强烈的冲击加载特性 从井筒的强度设计考虑 在水中充加大量的空气气泡 可明显的有利于井壁及建筑基础加载条件的改 善 产生气幕的系统是由空气压缩机 储气罐以及输气管道组成 空气压缩 机工作 将压缩空气输入储气罐 充气压力达到 0 7MPa 即可 输气管道由 储气罐接至水井底部的排气管上 排气管在井底环绕井壁放置
14、 在排气管上 每隔一定距离钻一个直径为 2mm 左右的排气孔 爆炸前打开储气罐的排气 阀 高压空气从排气孔中排出 沿井壁形成圆柱形气幕 爆炸后关闭气罐上 的排气阀 当气罐中的压力低于一定压力 0 3MPa 左右 时 空气压缩机 自动工作 当储气罐中的压力达到 0 7MPa 时 空气压缩机停止工作 4 2 破片速度分布试验 弹丸爆炸后 弹体逐渐膨胀 当膨胀到一定程度时 产生裂缝 部分爆 轰产物开始逸出 膨胀速度减慢并逐渐碎裂成具有一定初速的破片 破片的 初速直接影响着破片的作用距离和碰击目标的速度 影响着对目标的毁伤效 果 所以破片初速是杀伤威力的重要参数之一 是计算杀伤面积 评定杀伤 感力所不
15、可缺少的因素 由于起爆位置的影响以及不同横截面上炸药和金属 质量的不同 弹丸破片的初速沿轴向不同位置其大小不同 具有一定的分布 规律 所以对于破片初速的测量 不只是测量弹丸某一位置处的破片初速 而应测量破片沿轴线的速度分布 战斗部越大破片沿轴线的变化越大 一 测试原理 目前测量破片速度的方法分为两种 一种是用闪光 X 射线摄象机 拍摄 两个不同时刻破片飞行的位置从X光照片上测量飞行距离 计算破片的初速 这种方法因受闪光 X 射线摄像机的限制 所以通常只能用来测量小口径弹丸 或模型弹的初速或进行性能研究用 另一种是测量破片飞行不同距离所用的 时间 得到破片在不同距离上平均飞行速度并进一步计算破片
16、的初速 目前测量破片飞行时间的方法又可分为两种 一种是用测时仪和测速靶 记录破片在一定距离处的飞行时间 另一种是用高速摄影机 拍摄爆炸火光 72 和破片碰击测速板时的亮光 从摄影胶片上测得两个时间信号 计算炸点到 测速板的平均速度并进一步计算破片的初速 目前我国采用测时仪法 而国 外采用高速摄影机法 前一种办法的测试设备费和测试费用较低 当测距精 度相同时 因测时仪的精度通常为 10 6s 而高速摄影机通常为 10000fps s 所以前一种方法的测量精度较高 一 测时仪测量法 这种方法是用测速靶和测时仪测量破片从炸点飞行到一定距离的时间 计算出破片在该距离上的平均速度 为了测出沿轴向不同方位破片的初速分 布 则需要沿各方位测出x1和x2两个不同距离的平均速度 然后计算出各方 位的破片初速 试验现场的布置可参见图 4 2 1 2 x1 x2 1 测速靶 2 弹丸 图 4 2 用测时仪和测速靶测破片速度时的现场布置图 二 高速摄影测量法 在美国和其他一些国家测量破片初速主要采用高速摄影机测量的方法 如图 4 3 所示 测速板的前面为厚 0 05mm 铝箔 中间有闪光灯 背后为厚 0 2m
