張志剛,曹洪瑞,葛 濤,盧昌鑫

(1.空軍工程大學(xué)航空工程學(xué)院,西安710038;2.空軍房地產(chǎn)管理局蘭州房地產(chǎn)管理處,蘭州730020)

常規(guī)武器彈藥的爆炸沖擊波作用,以及子彈和爆炸物碎片的侵徹作用是造成防護(hù)結(jié)構(gòu)破壞的主要原因[1]?？焖倨囱b式防爆墻作為目前應(yīng)對(duì)突發(fā)恐怖襲擊的有效防護(hù)手段,一方面能夠有效地削弱爆炸沖擊波對(duì)墻后物體的破壞作用,另一方面又能抵抗子彈和爆炸物碎片的侵徹,起到保護(hù)墻后重要目標(biāo)的作用[2]。

近年來(lái),許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)[3-4]、理論分析[5-6]、數(shù)值模擬[7-8]等方法,對(duì)防爆墻的抗沖擊破壞性能進(jìn)行了大量研究,分析了爆炸沖擊波作用于不同類型防爆墻的繞射規(guī)律,并得到了不同類型防爆墻對(duì)爆炸沖擊波的削弱作用,取得較好的研究進(jìn)展。Rose T A等[9]根據(jù)爆炸相似理論,建立了不同材料的防爆墻縮比模型,研究了不同材料防爆墻對(duì)爆炸沖擊波的削弱作用;Zhou X Q等[10]采用AUTODYN3D軟件模擬了爆炸沖擊波對(duì)防爆墻以及墻后物體的作用情況,研究了防爆墻后建筑物的爆炸沖擊波反射超壓分布情況,提出了一種估算墻后建筑物反射超壓時(shí)程的近似擬合公式;張耀等[11]利用AUTODYN軟件模擬了水體防爆墻和鋼混防爆墻對(duì)爆炸沖擊波的削弱作用,并分析了爆炸沖擊波作用于防爆墻時(shí)物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化規(guī)律;姜鵬飛等[12]依據(jù)CONWEP程序計(jì)算了不同破壞等級(jí)下的破片特征參數(shù),采用LSDYNA軟件研究了組合防爆墻的抗破片侵徹性能,得到了4種破片類型對(duì)防爆墻的破壞特征以及破壞特性參數(shù)的變化規(guī)律;朱福林等[13]利用ANSYS/LS-DYNA數(shù)值模擬軟件建立了不同尺寸和不同填充物條件下的防爆墻有限元模型,研究并得到了爆炸沖擊波、破片和射流3種毀傷元作用下的防爆墻的防爆和抗彈能力;李明釗等[2]根據(jù)快速機(jī)動(dòng)式防爆墻的材料特性和適用領(lǐng)域,結(jié)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析方法,提出了快速機(jī)動(dòng)式防爆墻抗子彈侵徹深度的計(jì)算公式。

目前,對(duì)于防爆墻的研究主要集中于其抗爆炸沖擊波破壞性能方面,而防爆墻抗侵徹爆炸性能的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)彈試驗(yàn)并不多,部分學(xué)者只是通過(guò)軟件進(jìn)行了仿真建模和數(shù)值模擬,其研究結(jié)果與實(shí)際情況還存在一定的差距。特別是在槍彈、穿甲彈和殺爆彈打擊下,能夠迅速構(gòu)筑的快速拼裝式防爆墻的抗侵徹爆炸試驗(yàn)研究還從未見報(bào)到。本文介紹了對(duì)快速拼裝式防爆墻進(jìn)行野外現(xiàn)場(chǎng)槍擊、炮擊侵徹的試驗(yàn)過(guò)程,以及快速拼裝式防爆墻抗侵徹爆炸性能的研究成果。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了研究快速拼裝式防爆墻抗槍彈、穿甲彈和殺爆彈的抗侵徹爆炸性能,進(jìn)行了槍擊試驗(yàn)和炮擊試驗(yàn),分別利用5.8、7.62、12.7 mm鋼芯槍彈,30 mm脫殼穿甲彈以及PL96-122殺爆彈對(duì)防爆墻進(jìn)行近距離實(shí)彈打擊,直接檢驗(yàn)防爆墻對(duì)近距離常用槍彈、30 mm脫殼穿甲彈以及PL96-122殺爆彈打擊產(chǎn)生的沖擊波、破片、飛散物等有效防護(hù)能力。

1.2 試驗(yàn)條件

1)試驗(yàn)構(gòu)件?？焖倨囱b式防爆墻墻體內(nèi)可填充砂、土或就地取材的土石、建筑垃圾等。但考慮到墻體在受到爆炸沖擊后會(huì)發(fā)生石子飛濺等情況,對(duì)防護(hù)目標(biāo)造成二次傷害,且防爆墻填充土石時(shí)的抗侵徹能力要比填充細(xì)砂時(shí)的抗侵徹能力強(qiáng),故選擇最不利的情況進(jìn)行試驗(yàn),即防爆墻墻體內(nèi)填充細(xì)砂。試驗(yàn)構(gòu)件均由不同防爆墻單元組合形成,本試驗(yàn)采用長(zhǎng)方體防爆墻單元(尺寸:長(zhǎng)2.13 m,厚2.13 m,高2.21 m)及直角梯形防爆墻單元(尺寸:長(zhǎng)1.06 m,上底長(zhǎng)1.06 m,下底長(zhǎng)1.80 m,高2.21 m),且墻體內(nèi)細(xì)砂由人工壓實(shí)。

2)參試品?？骨謴卦囼?yàn)參試品類別如表1所示,抗侵徹試驗(yàn)參試品實(shí)物如圖1所示。

表1 抗侵徹試驗(yàn)參試品Table 1 Anti-penetration test sample

圖1 抗侵徹試驗(yàn)參試品實(shí)物Fig.1 Anti-penetration test sample

2 試驗(yàn)方案

2.1 槍擊試驗(yàn)

采用2組直角梯形防爆墻前后拼接形成組合防爆墻(見圖2),每組直角梯形防爆墻由5個(gè)直角梯形防爆墻單元拼接而成,組合防爆墻尺寸:上底厚2.12 m,下底厚3.6 m,高2.21 m,長(zhǎng)5.3 m。分別用95式班用機(jī)槍、56式半自動(dòng)步槍、56式?jīng)_鋒槍對(duì)組合防爆墻射擊,射擊地點(diǎn)距組合防爆墻迎彈面46 m;采用54式12.7 mm高射機(jī)槍對(duì)長(zhǎng)方體防爆墻單元射擊,射擊地點(diǎn)距防爆墻迎彈面32 m。射擊結(jié)束后,將防爆墻內(nèi)填充的細(xì)砂逐層挖開,用卷尺測(cè)量所回收的各類槍彈對(duì)該類防爆墻的侵徹深度。

圖2 組合防爆墻Fig.2 Combined anti-blast wall

2.2 炮擊試驗(yàn)

1)30 mm脫殼穿甲彈炮擊試驗(yàn)。采用30 mm彈道炮對(duì)長(zhǎng)方體防爆墻單元射擊6枚,炮口距防爆墻迎彈面37.5 m,射擊結(jié)束后,將防爆墻內(nèi)填充的細(xì)砂逐層挖開,用卷尺測(cè)量所回收的穿甲彈對(duì)該類防爆墻的侵徹深度。

2)PL96-122殺爆彈炮擊試驗(yàn)。采用PL 96-122榴彈炮分別對(duì)與圖2類同的2個(gè)組合防爆墻射擊殺爆彈2枚,配DRL-12引信,其中1發(fā)引信為瞬發(fā)狀態(tài),另1發(fā)引信為延時(shí)狀態(tài),炮口距組合防爆墻迎彈面210 m。射擊結(jié)束后采用目視法觀察防爆墻的外形變化,測(cè)量墻體上的爆坑尺寸。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 槍擊試驗(yàn)

整個(gè)槍擊試驗(yàn)射擊過(guò)程正常,射擊結(jié)束后回收5.8、7.62、12.7 mm鋼芯槍彈各3發(fā),防爆墻被擊中部位土工布穿破,鋼絲斷裂,所有槍彈均未穿透防爆墻體,墻體其他各部分保持完好(見圖3)。經(jīng)測(cè)量其平均侵徹深度分別為42、38、32 cm。槍彈對(duì)防爆墻的穿深如表2所示。

圖3 槍擊后防爆墻迎彈面效果Fig.3 Impact surface effect of anti-blast wall wall after shooting

表2 鋼芯槍彈對(duì)防爆墻的穿深Table 2 The depth of steel core bullets on the anti-blast wall(cm)

由表2可知,5.8、7.6、12.7 mm鋼芯槍彈對(duì)長(zhǎng)方體防爆墻單元的平均侵徹深度分別占?jí)w厚度的比例為19.7%、17.8%、15.0%,三種型號(hào)槍彈對(duì)防爆墻的侵徹深度相近,僅造成輕度侵徹。

3.2 30 mm脫殼穿甲彈炮擊試驗(yàn)

對(duì)長(zhǎng)方體防爆墻單元射擊30 mm脫殼穿甲彈6枚,回收3枚。防爆墻被擊中部位土工布穿破,鋼絲斷裂,墻體其他各部分保持完好,穿甲彈未穿透防爆墻,經(jīng)測(cè)量,其侵徹深度分別為122、120、119 cm,平均侵徹深度為120 cm(見圖4)。

圖4 30 mm脫殼穿甲彈炮擊后防爆墻迎彈面效果Fig.4 The anti-blast wall impact surface effect after 30 mm shelling armor-piercing projectile

本試驗(yàn)構(gòu)筑的防爆墻能對(duì)30 mm脫殼穿甲彈近距離打擊起到有效的防護(hù)作用,30 mm脫殼穿甲彈對(duì)長(zhǎng)方體防爆墻單元的平均侵徹深度為該墻體厚度的56.3%,僅造成中度侵徹。

3.3 PL96-122殺爆彈炮擊試驗(yàn)

對(duì)2個(gè)組合防爆墻共射擊PL96-122全裝藥殺爆彈2枚,配DRL12引信,其中1枚引信為瞬發(fā)狀態(tài),另1枚為延時(shí)狀態(tài)。

1)引信為瞬發(fā)狀態(tài)時(shí),彈著點(diǎn)距防爆墻頂端垂直距離33 cm,彈藥爆炸后形成漏斗形彈坑,彈坑頂端橫向尺寸350 cm,彈坑底端橫向尺寸100 cm,爆坑高135 cm。防爆墻整體未見傾覆和明顯傾斜,迎彈面有坍塌,土工布和鋼網(wǎng)破裂,露出填砂,填砂有部分塌落。清理彈坑內(nèi)細(xì)砂發(fā)現(xiàn),炮彈僅在迎彈面一側(cè)直角梯形單元防爆墻上造成損壞,前后兩組直角梯形單元連接處土工布及鋼網(wǎng)均完好。迎彈面防爆墻彈坑兩側(cè)各剩余1個(gè)直角梯形單元保持完好,單元連接部分螺旋鉸鏈嚴(yán)重變形但未見斷裂,彈坑下部墻體單元出現(xiàn)變形,但未見斷裂,墻后未見彈片貫穿。PL96-122火炮瞬發(fā)狀態(tài)的射擊效果如圖5所示。

圖5 PL96-122火炮瞬發(fā)狀態(tài)的射擊效果Fig.5 Shooting effect of PL96-122 artillery in an instant state

2)引信延時(shí)狀態(tài)時(shí),彈著點(diǎn)距防爆墻頂端垂直距離49 cm,彈坑頂端橫向尺寸430 cm,彈坑底端橫向尺寸280 cm,爆坑高150 cm。防爆墻整體未見傾覆和明顯傾斜,毀傷程度明顯大于瞬發(fā)狀態(tài),彈坑周圍鋼網(wǎng)由內(nèi)向外翻卷。防爆墻迎彈面毀傷范圍內(nèi)土工布和鋼網(wǎng)破損、斷裂,墻體出現(xiàn)坍塌,墻內(nèi)細(xì)砂漏出,清理彈坑內(nèi)細(xì)砂發(fā)現(xiàn),前后兩層墻體連接處,土工布有少量破損,鋼網(wǎng)連接完好。防爆墻迎彈面彈坑左右兩側(cè)各剩余1個(gè)直角梯形單元未見破裂,與彈坑連接處鋼網(wǎng)向外擴(kuò)張變形,單元連接部分的螺旋鉸鏈上部斷裂,下部有斜向變形未見斷裂,墻后未見彈片貫穿。PL96-122火炮延時(shí)狀態(tài)的射擊效果如圖6所示。

圖6 PL96-122火炮延時(shí)狀態(tài)的射擊效果Fig.6 Shooting effect of PL96-122 artillery extension state

由射擊效果可知,瞬發(fā)狀態(tài)下,殺爆彈爆炸后僅對(duì)組合防彈墻迎彈面一側(cè)造成了破壞。其中,爆坑頂端橫向尺寸和底端橫向尺寸占防爆墻長(zhǎng)度的比例分別為60.4%和18.9%,爆坑高度占防爆墻高度的比例為61.1%;延時(shí)狀態(tài)下,殺爆彈爆炸后同樣是僅對(duì)組合防爆墻迎彈面一側(cè)造成了破壞,其中,爆坑頂端橫向尺寸和底端橫向尺寸占防爆墻長(zhǎng)度的比例分別為81.1%和52.8%,爆坑高度占防爆墻高度的比例為67.9%。

由組合防爆墻的兩種破壞情況來(lái)看,PL96-122殺爆彈兩種爆炸狀態(tài)僅對(duì)組合防爆墻迎彈面一側(cè)造成了中度破壞,其背爆面一側(cè)無(wú)任何破壞,不影響組合防爆墻的防護(hù)功能。由此可見,該組合防爆墻能對(duì)瞬發(fā)狀態(tài)和延時(shí)狀態(tài)下PL96-122殺爆彈爆炸打擊起到有效的防護(hù)作用。

4 結(jié)論

1)快速拼裝式防爆墻在經(jīng)5.8、7.62、12.7 mm鋼芯槍彈打擊后,打擊部分土工布穿破,鋼網(wǎng)斷裂,但未穿透墻體,僅造成了輕度侵徹,未影響其正常防護(hù)功能,起到了有效的防護(hù)作用。

2)快速拼裝式防爆墻在經(jīng)30 mm脫殼穿甲彈打擊后,擊中部位土工布穿破,鋼絲斷裂,墻體其他各部分保持完好,穿甲彈未穿透防爆墻,僅造成中度侵徹,未對(duì)長(zhǎng)方體防爆墻單元造成實(shí)質(zhì)性破壞,不影響其防護(hù)功能,起到了有效的防護(hù)作用。

3)快速拼裝式防爆墻在經(jīng)PL96-122殺爆彈瞬發(fā)和延時(shí)炮擊后,墻體未見傾覆和明顯傾斜,迎彈面有坍塌,土工布和鋼網(wǎng)破裂,填料有部分塌落,墻后未見彈片貫穿,僅對(duì)組合防爆墻迎彈面一側(cè)造成了中度破壞,不影響組合防爆墻的防護(hù)功能。由此可見,該組合防爆墻能對(duì)瞬發(fā)狀態(tài)和延時(shí)狀態(tài)下PL96-122殺爆彈的近距離打擊起到有效防護(hù)作用。