杀爆弹对地面钢筋混凝土目标毁伤研究＊

2011-12-07沈晓军

弹箭与制导学报 2011年5期

孙韬，游宁，沈晓军，郭敏

（63961部队，北京 100012）

0 引言

研究分析表明，未来局部战争中火力装备必须具备对大量的诸如由钢筋混凝土构筑而成的地面坚固工事目标的作战能力。美军的统计数据和对未来战争的分析预计（AD－A 177645），40%的战斗针对混凝土类目标。近年来，国内外大量文献报道了弹药对混凝土结构的毁伤研究情况，主要集中在对穿甲弹、半穿甲弹的侵彻分析、或者混凝土介质本构关系的分析、或者爆破效应研究等等，对在目标表面爆炸、且有不同着靶动能和着靶姿态的弹药对钢筋混凝土结构的毁伤研究，涉及到军事用途的敏感性，尚未见到详细研究资料。配用触发引信的杀爆弹是压制火炮的主用弹种，配备量大，对地面钢筋混凝土工事的射击毁伤，体现为多发命中下的累计毁伤过程。不同弹种对钢筋混凝土目标的毁伤能力均可用射击用弹量表述，而计算射击用弹量需要利用毁伤命中弹数数据，该数据需要通过试验和分析得到，目前未见有对应数据。因此，文中将在毁伤试验的基础上，得出毁伤命中弹数的分析模型，通过计算典型弹种的射击用弹量，并对照实际射击用弹统计数据，以此判别所建模型的适用性。

1 毁伤试验研究

采用炮射试验方法，进行了3种配用弹头机械触发引信的杀爆弹对0.5m和1m厚钢筋混凝土目标的多发累积毁伤试验，墙体混凝土强度均不低于C35、钢筋设置满足构筑相关要求[1]。其中，引信为铝本体机械触发引信及钢本体机械触发引信，均装定为长延时。3种杀爆弹均装填TNT炸药，装药质量及对混凝土靶板产生破孔毁伤的部分试验数据见表1。

试验结果表明，钢筋混凝土靶板的毁伤状态依赖于弹丸着靶动能、炸药装药、着靶姿态、配用引信等。杀爆弹对混凝土靶墙与整体混凝土工事结构的毁伤发数间存在着较好的等效性，且单发弹丸对目标入射面的破坏作用区域直径约1.0～1.5m，相同入射状态产生的最大破坏深度近似相等。相同弹丸入射同样厚度的目标，产生破孔毁伤所需弹药发数N与单发动能T的乘积存在如下关系式：

式中角标1、2代表不同的动能。

表1 杀爆弹对混凝土目标的毁伤试验结果

此外，相同弹丸（配用相同引信）入射不同厚度钢筋混凝土目标，相同动能产生破孔毁伤所需弹药发数N与目标厚度H 之间近似满足如下关系式：

2 命中毁伤弹数模型

某型杀爆弹以相同着靶状态射击破坏厚度为H的混凝土类目标，取Δ为单发杀爆弹产生的最大破坏深度，由爆炸力学的研究成果有：

其中，Ka为混凝土介质材料的抗爆炸压缩系数，一般钢筋混凝土工事的混凝土强度在C30～C50之间，取该值为0.145[1]；Kz为介质材料的抗爆炸局部破坏系数，一般取0.42[1]；C为弹丸炸药装药量（kg）。

根据试验结果，目标出现穿孔性破坏所需发数ns可表述为：

考虑弹丸运动对爆炸的影响、弹丸着角、引信状态，取：

式中：ηc为由于弹丸入射状态造成炸药装药形状影响系数[1]，设β为弹丸着角，取：

η为弹丸自身速度造成的炸药装药量以及爆炸破片对单纯炸药爆破的影响系数，由下式确定[2]：

式中：m为弹丸质量；V为弹丸着靶速度；Qc为对应炸药C的爆热；CTNT为杀爆弹炸药装药等效TNT炸药的装药量[2]：

式中：a为装填系数，即炸药重量与战斗部重量之比；γ为爆炸产物绝热指数；r0为装药半径；rm为爆炸形成破片达到最大速度时的半径；Kf为引信延期装定对钢筋混凝土结构的破坏影响系数，对铝本体触发引信取0.8～1.2，钢本体取1.2～2.0。

定义命中钢筋混凝土结构第N发导致工事的功能丧失系数LF为：

式中：Ak为参照面积，取本次试验等效靶的面积3m×3m；A为目标被杀爆弹作用的最大面积，对独立结构的单兵防御工事、火炮工事，取其正面面积；Q为混凝土目标结构强度降低系数，且：

Kn为考虑弹丸着靶位置随机性散布的修正系数，根据试验结果取：

则命中N发杀爆弹，每发相对独立时，对混凝土内人员杀伤的概率为：

对应不同的毁伤程度，即可得到对应的毁伤命中弹数ω。

对有高大门窗、射口的混凝土目标，射弹从门窗、射口飞入目标内的可能性完全存在，因此对该类混凝土目标的毁伤事件成为一个或门事件，设弹丸从射口飞入目标内对内部毁伤的事件为A1、弹丸破坏目标结构导致内部毁伤的事件为A2，只要两者有一个发生，内部的毁伤事件即发生。考虑A1、A2之间相互独立，则有：

对射口处有防护门及挡弹装置的坚固工事，需要直接命中（1～4）发杀爆弹方能对内部造成毁伤。设该类工事射口面积S1、工事正面面积S0，工事射向与弹丸入射方向夹角为θ，由指数毁伤率，命中1发弹对工事的毁伤概率为：

则毁伤命中弹数的数学期望为：

3 毁伤计算

取步兵防御工事钢筋混凝土墙壁厚0.5～0.6m，A＝Ak；火炮工事墙壁厚1.0m，S1／S0＝1／4。1型杀爆弹初速取600m／s，2型杀爆弹初速取800m／s，3型杀爆弹初速取620m／s，计算得到对典型混凝土目标的命中毁伤弹数见表2～表3。表3中数值的第一个值是工事射口无防护情况下，式（14）中每种弹丸取2发命中射口即可毁伤工事的结果；第二个值是工事射口有防护情况下的结果，其中，式（14）中（1～4）范围对1型杀爆弹取3发，2型和3型杀爆弹取4发。

表2 毁伤步兵防御工事命中毁伤弹数（毁伤程度取80%）

表3 毁伤火炮工事命中毁伤弹数

取射击误差为两组误差型（诸元误差和射弹散布误差），诸元误差服从或接近正态分布，射弹散布服从或接近最有利散布，对应最有利散布法，达到一定毁

式中：ν为矩形目标幅员；τ为与目标毁伤幅员、散布中间误差以及命中毁伤弹数ω有关的系数，可查表得到；Ed、Ef为决定诸元的距离和方向中间误差；R与毁伤程度相关，可查表得到。

取坚固火炮工事阵地（4门）的目标幅员为正面240m、纵深140m，毁伤程度取50%；步兵防御阵地幅员为正面300m、纵深100m，毁伤程度取25%。3型杀爆弹的初速同前，计算不同射程的弹药消耗量见表4、表5。伤程度的弹药消耗量N为[3]：

表4 对火炮工事的毁伤用弹量（发）

表5 对步兵防御阵地毁伤用弹量（发）

对照实际的部分毁伤统计数据：炮目距离10km、11km，破坏坚固火炮工事消耗1型杀爆弹分别为1543发、1987发；炮目距离5～6km，3型杀爆弹破坏单个坚固永备工事共需120～150发，文中的计算结果与其相符。

美军M198式155mm牵引火炮杀爆弹近距离平射，在配用混凝土侵彻引信时，5发炮弹可以在1m厚钢筋混凝土墙上打出1.5m宽的缺口[4]。由式（5），取弹丸着靶速度800m／s，引信系数Kf取1.2～2.0，计算得到出现穿孔性破坏所需发数ns＝3.5～5.8发，平均为4.7发，与5发的数值非常接近；如取引信系数Kf为0.8～1.0，计算得到出现穿孔性破坏所需发数ns＝6.9～8.6发。这一结果说明杀爆弹配用引信不同时，作用效果相差将很大。