快速拼裝式防爆墻抗侵徹爆炸試驗

張志剛,曹洪瑞,葛 濤,盧昌鑫

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

常規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結構破壞的主要原因[1]?？焖倨囱b式防爆墻作為目前應對突發恐怖襲擊的有效防護手段,一方面能夠有效地削弱爆炸沖擊波對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,起到保護墻后重要目標的作用[2]。

近年來,許多國內外學者通過試驗[3-4]、理論分析[5-6]、數值模擬[7-8]等方法,對防爆墻的抗沖擊破壞性能進行了大量研究,分析了爆炸沖擊波作用于不同類型防爆墻的繞射規律,并得到了不同類型防爆墻對爆炸沖擊波的削弱作用,取得較好的研究進展。Rose T A等[9]根據爆炸相似理論,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物質能量的轉化規律;姜鵬飛等[12]依據CONWEP程序計算了不同破壞等級下的破片特征參數,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種破片類型對防爆墻的破壞特征以及破壞特性參數的變化規律;朱福林等[13]利用ANSYS/LS-DYNA數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]根據快速機動式防爆墻的材料特性和適用領域,結合國內外學者的相關試驗數據和理論分析方法,提出了快速機動式防爆墻抗子彈侵徹深度的計算公式。

目前,對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場實彈試驗并不多,部分學者只是通過軟件進行了仿真建模和數值模擬,其研究結果與實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,能夠迅速構筑的快速拼裝式防爆墻的抗侵徹爆炸試驗研究還從未見報到。本文介紹了對快速拼裝式防爆墻進行野外現場槍擊、炮擊侵徹的試驗過程,以及快速拼裝式防爆墻抗侵徹爆炸性能的研究成果。

1 試驗概況

1.1 試驗設計

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,進行了槍擊試驗和炮擊試驗,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殺爆彈對防爆墻進行近距離實彈打擊,直接檢驗防爆墻對近距離常用槍彈、30 mm脫殼穿甲彈以及PL96-122殺爆彈打擊產生的沖擊波、破片、飛散物等有效防護能力。

1.2 試驗條件

1)試驗構件?？焖倨囱b式防爆墻墻體內可填充砂、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發生石子飛濺等情況,對防護目標造成二次傷害,且防爆墻填充土石時的抗侵徹能力要比填充細砂時的抗侵徹能力強,故選擇最不利的情況進行試驗,即防爆墻墻體內填充細砂。試驗構件均由不同防爆墻單元組合形成,本試驗采用長方體防爆墻單元(尺寸:長2.13 m,厚2.13 m,高2.21 m)及直角梯形防爆墻單元(尺寸:長1.06 m,上底長1.06 m,下底長1.80 m,高2.21 m),且墻體內細砂由人工壓實。

2)參試品?？骨謴卦囼瀰⒃嚻奉悇e如表1所示,抗侵徹試驗參試品實物如圖1所示。

表1 抗侵徹試驗參試品Table 1 Anti-penetration test sample

圖1 抗侵徹試驗參試品實物Fig.1 Anti-penetration test sample

2 試驗方案

2.1 槍擊試驗

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5.3 m。分別用95式班用機槍、56式半自動步槍、56式沖鋒槍對組合防爆墻射擊,射擊地點距組合防爆墻迎彈面46 m;采用54式12.7 mm高射機槍對長方體防爆墻單元射擊,射擊地點距防爆墻迎彈面32 m。射擊結束后,將防爆墻內填充的細砂逐層挖開,用卷尺測量所回收的各類槍彈對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

1)30 mm脫殼穿甲彈炮擊試驗。采用30 mm彈道炮對長方體防爆墻單元射擊6枚,炮口距防爆墻迎彈面37.5 m,射擊結束后,將防爆墻內填充的細砂逐層挖開,用卷尺測量所回收的穿甲彈對該類防爆墻的侵徹深度。

2)PL96-122殺爆彈炮擊試驗。采用PL 96-122榴彈炮分別對與圖2類同的2個組合防爆墻射擊殺爆彈2枚,配DRL-12引信,其中1發引信為瞬發狀態,另1發引信為延時狀態,炮口距組合防爆墻迎彈面210 m。射擊結束后采用目視法觀察防爆墻的外形變化,測量墻體上的爆坑尺寸。

3 試驗結果分析

3.1 槍擊試驗

整個槍擊試驗射擊過程正常,射擊結束后回收5.8、7.62、12.7 mm鋼芯槍彈各3發,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)。經測量其平均侵徹深度分別為42、38、32 cm。槍彈對防爆墻的穿深如表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鋼芯槍彈對長方體防爆墻單元的平均侵徹深度分別占墻體厚度的比例為19.7%、17.8%、15.0%,三種型號槍彈對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

對長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,經測量,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

本試驗構筑的防爆墻能對30 mm脫殼穿甲彈近距離打擊起到有效的防護作用,30 mm脫殼穿甲彈對長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

對2個組合防爆墻共射擊PL96-122全裝藥殺爆彈2枚,配DRL12引信,其中1枚引信為瞬發狀態,另1枚為延時狀態。

1)引信為瞬發狀態時,彈著點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,土工布和鋼網破裂,露出填砂,填砂有部分塌落。清理彈坑內細砂發現,炮彈僅在迎彈面一側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均完好。迎彈面防爆墻彈坑兩側各剩余1個直角梯形單元保持完好,單元連接部分螺旋鉸鏈嚴重變形但未見斷裂,彈坑下部墻體單元出現變形,但未見斷裂,墻后未見彈片貫穿。PL96-122火炮瞬發狀態的射擊效果如圖5所示。

圖5 PL96-122火炮瞬發狀態的射擊效果Fig.5 Shooting effect of PL96-122 artillery in an instant state

2)引信延時狀態時,彈著點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狀態,彈坑周圍鋼網由內向外翻卷。防爆墻迎彈面毀傷范圍內土工布和鋼網破損、斷裂,墻體出現坍塌,墻內細砂漏出,清理彈坑內細砂發現,前后兩層墻體連接處,土工布有少量破損,鋼網連接完好。防爆墻迎彈面彈坑左右兩側各剩余1個直角梯形單元未見破裂,與彈坑連接處鋼網向外擴張變形,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火炮延時狀態的射擊效果如圖6所示。

圖6 PL96-122火炮延時狀態的射擊效果Fig.6 Shooting effect of PL96-122 artillery extension state

由射擊效果可知,瞬發狀態下,殺爆彈爆炸后僅對組合防彈墻迎彈面一側造成了破壞。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%;延時狀態下,殺爆彈爆炸后同樣是僅對組合防爆墻迎彈面一側造成了破壞,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看,PL96-122殺爆彈兩種爆炸狀態僅對組合防爆墻迎彈面一側造成了中度破壞,其背爆面一側無任何破壞,不影響組合防爆墻的防護功能。由此可見,該組合防爆墻能對瞬發狀態和延時狀態下PL96-122殺爆彈爆炸打擊起到有效的防護作用。

4 結論

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

2)快速拼裝式防爆墻在經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,未對長方體防爆墻單元造成實質性破壞,不影響其防護功能,起到了有效的防護作用。

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