不同壳体装药对砖墙目标内爆试验研究＊

常敬臻，卢永刚，周 岩，梁 斌

（中国工程物理研究院总体工程研究所，四川绵阳 621900）

0 引言

砖墙作为一种常用的建筑材料，广泛应用于民用和军事建筑。随着国际反恐形式的增加，如何破除建筑物外墙，顺利进入建筑物以便解救人质和打击敌人，成为攻坚战斗部设计的研究重点。目前，通常采用内爆、侵彻／击溃两种思路开展武器设计。在内爆条件下，岩石、混凝土和砖墙等非均匀材料的破坏是一个相当复杂的动力学过程。在过去几十年里，针对混凝土和岩石目标内爆破坏机理开展了大量的试验和理论研究［1－2］。而砖墙由砖砌体和砂浆组成，相比混凝土和岩石目标，砖墙具备更加强烈的离散性，对其在内爆条件下破坏形式和毁伤机理尚不十分明确。

文中通过开展砖墙目标内爆试验，探索了裸药、铝合金壳体装药和PPR（无规共聚聚丙烯管）壳体装药条件下对砖墙的内爆毁伤效应，从药量和壳体材料对砖墙目标的毁伤效应影响因素进行了初步分析。

1 试验设计

1.1 装药件

装药件分为裸药试验件、铝合金壳体试验件和PPR壳体试验件三种，图1为三种装药试验件简图。试验件的装药直径均为Φ40mm，根据药量的不同，试验件装药长度为77～116mm（不含雷管座），装药类型为钝化黑索今（主要成分为环三甲基三硝胺，内加添加剂使其具备良好的安定性），满足GJB296A－1995《黑索今规范》要求，装药密度为1650kg／m3。采用压装的方式将装药压制成圆柱块，药块与药块之间通过虫胶漆粘接，采用胶带包裹固定，形成裸药试验件；或将粘接好的药柱放入铝合金或PPR壳体内，形成带壳试验件。通过在试验件尾部安装雷管座，插入雷管起爆。

为模拟真实战斗部结构，减少端部泄压对起爆后毁伤威力的影响，在采用铝合金壳体和PPR壳体进行装药时，分别设计了平头弹头和尖卵形弹头，采用粘接的方式固定在壳体上。

图1 装药试验件

1.2 目标砖墙

目标砖墙中心区域厚度为370mm，采用普通烧结砖作为砌体和标号为M5的水泥砂浆堆砌、自然风干制成。砖砌体尺寸为240mm×114mm×53mm，密度1700kg／m3，标号 MU25（设计抗压强度25MPa），符合GB5101－2003《普通烧结砖》相关要求。水泥砂浆设计抗压强度为5MPa，配合比为水泥∶砂∶水＝200∶1500∶280，粗骨料为中砂（最大粒径0.5mm），水泥为标号32.5的普通硅酸盐水泥，建造时涂抹砂浆厚度不大于5mm。

砖墙分为两类：一类外表涂抹水泥砂浆，称为“三七墙”（图2（a））；另一类外表未作任何处理，称为“三七裸墙”（图2（b）），按照 GBJ203－1983《砖石工程施工及验收规范》进行建造和验收。两类目标墙均在主墙体四周采用砖垛的方式对其约束。

图2 目标砖墙

1.3 试验布置

试验前采用预制孔洞的方式在砖墙上开孔，开孔尺寸与试验件外径相当，开孔深度为砖墙厚度的2／3（约为250mm）。试验时插上雷管，将试验件放置于预制孔洞内进行试验。

2 试验结果与分析

试验共进行8发，通过静爆试验获得了不同药量及壳体材料装药条件下对砖墙的开孔效应（图3），测试获得了砖墙的开孔尺寸。

图3 试验件开孔效果

表1中给出了试验件的装药尺寸、试验安排及试验结果，试验时试验件端部距墙体背面约120mm，试验件处于砖墙中心位置，雷管（起爆点）位于试验件尾部。8发试验件的药量范围为160～240g，除2＃和5＃试验中由于内爆导致目标墙部分坍塌外，其余6发试验件对目标墙的破坏均保持了目标墙的完整性。

表1 采用钝化黑索今装药的试验安排及试验结果

从试验结果来看，药量是影响砖墙目标毁伤效果的首要因素，相同壳体材料及目标墙条件下，随着药量的增加，目标墙的开孔尺寸增大。而壳体材料是影响毁伤效果的另一重要因素，试验中对比了三种不同壳体装药状态下的静爆威力，对试验结果分析发现，铝合金壳体装药件的静爆威力小于裸药和PPR壳体装药件静爆威力。分析认为，由于静爆过程中铝合金壳体对爆炸产生的冲击波存在较强的径向约束，导致冲击波沿轴向泄漏，周向冲击波对墙体作用相比裸药试验件静爆效应降低，导致爆腔减小，造成铝合金壳体装药件对目标墙的静爆毁伤效应较裸药毁伤效果差。

从爆炸产生的作用机理来看，在爆炸产物作用下，目标的破坏是一个相当复杂的动力学过程。砖墙、岩石等非均匀目标装药内爆时，材料的破裂、破碎及抛掷是爆炸应力波和爆生气体混合作用的结果，即爆破能量是通过冲击波和爆生气体传递给目标的，前者主要消耗在爆腔的初始扩张，引起目标弹性变形，形成粉碎区和产生裂隙；后者则主要用于扩大爆腔、延伸裂隙和抛掷目标。

爆轰波和高温高压爆生气体产物撞击孔壁在炮孔周围激起径向传播的爆炸冲击波，具备很强的冲量和很高的能量，受其冲击压缩作用，目标极度粉碎而形成爆孔周围的粉碎区；同时孔壁材料发生径向外移，爆腔扩大。冲击波由于对目标做功，传播过程中衰减很快，作用范围不大，但对目标的破坏程度却非常大，消耗的爆炸能比例也相当高。

采用PPR壳体制成试验件毁伤威力优于铝合金壳体试验件，其主要原因也是因为PPR壳体对爆炸产生的径向约束较小，爆轰波在径向和轴向对目标的毁伤作用相当，爆腔增大。

对比1＃和3＃试验结果，两者药量及装药状态均相同，对不同的目标墙毁伤结果存在较大差异。分析认为目标墙涂抹水泥砂浆后，水泥砂浆墙皮对墙体破坏存在约束，一定程度上限制其破坏，爆炸产生的爆轰能量相当一部分作用在破坏水泥砂浆墙皮上，导致与裸墙的破坏效果存在差异。

3 结束语

通过开展不同壳体材料装药条件下对砖墙目标的内爆试验，验证了炸药药量、壳体材料对砖墙毁伤威力的影响。试验结果表明，药量是影响毁伤效应的首要因素，而涂抹水泥砂浆的目标墙体与裸墙毁伤效应存在差异，认为水泥砂浆墙皮消耗了爆炸产生的爆轰能量，限制了对目标墙的破坏。

此外，试验表明壳体材料对爆轰波的径向传播影响较大，铝合金壳体对爆炸产生的冲击波存在较强的径向约束，导致周向冲击波对墙体作用相比裸药和PPR壳体材料装药件毁伤效应降低，导致爆腔减小、毁伤效果减弱，建议在开展工程设计时应关注选取合适的壳体材料以达到较好的毁伤效应。

文中主要针对静态条件下砖墙目标内爆毁伤效应进行了初步讨论，而实战时战斗部多按照动态侵彻、内爆的作用时序工作，建议在开展武器终点弹道设计时除了对战斗部本身的毁伤效能进行研究外，应尽可能使战斗部位于目标中心位置起爆，使其达到最优毁伤效果。

［1］武海军，黄风雷，付跃升，等.钢筋混凝土中爆炸破坏效应数值模拟分析［J］.北京理工大学学报，2007，27（3）：200－204.

［2］吴亮，卢文波，宗琦.岩石中柱状装药爆炸能量分布［J］.岩土力学，2006，27（5）：735－739.