霰弹对人体杀伤效应的试验研究*

马志伟,马永忠,朱光涛,刘 硕

(武警工程大学,西安 710086)

霰弹对人体杀伤效应的试验研究*

马志伟,马永忠,朱光涛,刘 硕

(武警工程大学,西安 710086)

为了使霰弹在维稳处突时有效发挥作用,有必要对霰弹侵彻效应进行系统科学的研究。在分析动能弹丸对人体目标作用机理的基础上,通过建立霰弹射击平台,选用肥皂模拟肌体组织,进行了不同霰弹在不同射击距离上的终点效应实验。得到在10 m有效作用范围内,BB弹非致命打击效果最为理想,为该类防暴动能武器及弹药的科学使用及优化改进提供帮助。

霰弹;侵彻威力;终点效应

0 引言

近年来,霰弹枪作为一种非致命防暴武器在城市反恐和处突维稳中发挥着重要作用。目前,武警部队绝大部分使用的是军用霰弹,非致命效果较差,无法实现在具备良好的驱散效果的同时又不对人群造成致命性的杀伤。所以对霰弹的种类及其威力的非致命性研究很有必要。文中通过建立霰弹射击平台,选用肥皂模拟肌体组织,进行了不同霰弹在不同射击距离上的终点效应实验,为今后对该类防暴动能武器及弹药的科学使用及优化改进提供科学依据。

1 霰弹子对目标的侵彻理论

霰弹子侵彻威力试验主要用于检验霰弹子在不同距离上对目标的侵彻威力,通过测量霰弹子在不同距离上的速度来推导出速度衰减规律[1]。根据霰弹子对靶标的侵入深度来推导霰弹子的能量衰减及比动能衰减规律,根据侵入模拟材料的深度及空腔体积来评价其创伤能力。

依据poncelet阻力定律,霰弹子对目标侵彻深度与弹子的速度存在着对应关系,可由萨布斯基公式[2]来计算。

(1)

假设:

1)介质阻力由静抗力和动抗力组成;

2)介质是均匀的;

3)不考虑弹丸的旋转;

4)介质中弹道为直线。

当v=0时,得到最大侵彻行程为:

(2)

式中:m为弹丸质量(kg);d为弹径(m);j为与弹丸形状有关的系数;L为侵彻行程(m);A、b为与介质有关的系数,对于肥皂介质可取值b=80×10-6(s2/m2)。

设:

(3)

k为与介质和弹子有关的系数,则式(1)可表示为:

L=kln(1+bv2)

(4)

在推导中做了一些假设,这些假设与实际情况是有出入的,甚至是很大的出入(如弹丸旋转、介质中弹道非直线,介质非均匀等等),为了弥补不足,通过试验得出修正系数(萨布斯基公式中的A和b)来校准。这样,公式的准确性在很大程度上决定于修正系数的准确性。

在实际中通常根据霰弹子最大侵彻深度与侵彻速度的关系,利用不同组的实验数据推算得出各霰弹子介质和弹子有关的系数数值k,求取平均值,得出不同材料霰弹子对应的k值,即由式(4)可得:

(5)

再由求得的平均k值代入公式:

(6)

可得到理论速度vx。

2 试验研究

2.1 试验用霰弹设计

为了更好的对不同霰弹子的侵彻威力进行试验研究,测试不同霰弹子对人体的杀伤效应,专门设计了符合试验用的霰弹结构,其形状如图1所示。

图1 霰弹剖视图

初步确定短管霰弹枪[3]的口径为12 mm,选择高密度聚乙烯(PE-HD)作为弹壳材料。弹壳主要以药筒为主体,包括弹托、弹子、垫片、发射药、火帽。霰弹采用圆筒型药筒,各部分设计为:弹壳长度为45 mm,弹壳内径为12 mm,弹壳外径为14 mm,发火腔用于装射钉弹,其后紧连着一个低压室,弹壳壁厚取1 mm,底缘厚度取1 mm。

试验时采用过盈配合垫片封口,将弹托设计成圆筒型,不开瓣,弹托后面加垫板和棉垫,用以起缓冲作用。选用无锈蚀击发药作为霰弹的底火药,选择3#小粒黑药作为霰弹用发射药。从非致命的打击效果出发,可以选择的霰弹子有钢珠弹、橡胶弹、BB弹,各霰弹子具体特征如表1。

表1 霰弹子种类及其特征

2.2 试验方法

文中采用传统试验方法来评判霰弹子的创伤能力[4],直接测量霰弹子对目标的侵彻效果。肥皂的密度与肌体组织非常接近,能够直观地反映弹子与肌体组织能量传递方面的关系。试验中使用肥皂作为非生物模拟材料。对采用各种不同霰弹子的霰弹在不同距离上对人体的创伤能力进行测量。试验靶板前堆积三层普通肥皂。试验时根据试验计划设定枪口高度和射击距离[5]。将瞄准点定于肥皂靶中心,瞄准点与枪管口中心一致,在同一条水平线上。在靶板前放置测速靶,测速靶中心与枪管中心同高,装上霰弹分别在0.1、3、6、9 m距离上对瞄准点进行射击。每射击一发子弹就更换新肥皂,拍照并记录好试验数据。

图2为霰弹子侵彻肥皂试验照片(由于篇幅限制,不能全部贴出)。

图2 侵彻试验现场

2.3 试验结果及分析

将试验后的肥皂切开(不影响试验数据测量)后再测量,并将试验数据编制成表,如表2所示。

本试验在同一试验条件下进行,采用一样的火药装药量,同样的装弹方法,各种霰弹子总质量定为1.6 g。因而在忽略次要因素的条件下,各霰弹子具有一样的初速度。

因此根据霰弹子最大侵彻深度与侵彻速度的关系,由式(5)可以得出霰弹子介质和弹子有关的系数数值k,各霰弹子的对应平均k值如表3所示。

由式(6)可得到霰弹子的理论侵彻速度,对比霰弹子外弹道计算结果,试验测得的数据与理论计算数据之差在理论计算结果±5%范围内波动如表4所示,试验数据是可靠的。

表2 试验结果

表3 各类霰弹子对应的系数k值

表4 霰弹子在不同射距上的理论侵彻速度、侵彻速度及其偏差率

由以上数据可以得出各霰弹侵彻深度与侵彻速度的关系如图3所示。

图3 各霰弹的侵彻深度与侵彻速度的关系图

由公式:

(7)

式中:E为霰弹子动能;m为霰弹子质量;v为侵彻速度。计算可得各霰弹在不同侵彻深度的动能[6],从而得到各霰弹侵彻深度与动能的关系如图4所示。

图4 各霰弹的侵彻深度与动能的关系图

各霰弹侵彻深度与比动能关系如图5。

图5 各霰弹的侵彻深度与比动能的关系图

根据以上数据可得到各类霰弹子的速度和比动能的衰减规律如图6、图7所示。

图6 各霰弹速度衰减示意图

图7 各霰弹比动能衰减示意图

3 结论

在对不同霰弹进行终点毁伤效应实验的基础上,通过试验数据对公式中系数的标定和对实验结果分析,同时结合我国国家军标(GJBZG20262—95)可以得出以下结论:

1)钢珠霰弹子的侵彻威力在射距小于10 m时超出了规定的动能标准,但当钢珠霰弹子的射距大于10 m时,其造成的损伤程度会降低,呈轻度损伤。BB弹和橡胶弹的侵彻威力均在设定的范围之内,能够对有生目标造成一定的伤害,又不会造成永久性的创伤或死亡。相同距离的霰弹子,钢珠的侵彻威力最大,BB弹次之,橡胶弹侵彻能力最弱。各类霰弹子的速度(在10 m射距内)都大于100 m/s,所有霰弹子的动能都在10 J以内;比动能不超过60 J/cm2。

2)从各霰弹子速度和比动能衰减示意图可以看出具有最好的非致命性打击效果的是BB弹霰弹。BB弹霰弹子比动能在规定的范围内,且衰减比较缓和,在满足致伤标准的前提下,可以适当的增加BB弹的发射药量,以提高霰弹子的创伤能力。

[1] 王宝兴. 弹丸碰目标时的阻力及侵彻行程的分析 [J]. 现代引信, 1986(1): 18-23.

[2] 王儒策, 赵国志. 弹丸终点效应 [M]. 北京: 北京理工大学出版社, 1993: 104-108.

[3] 赵陕东, 马永忠. 非致命性武器与警用器材 [M]. 北京: 兵器工业出版社, 2005: 73-79.

[4] 王金峰. 关于侵彻问题研究现状的综述 [J]. 中国科技信息, 2005(2): 129-130.

[5] 马永忠, 赵田安, 汪勇. 弹丸破片速度衰减规律研究 [J]. 弹道学报, 2006, 18(4): 54-56.

[6] 冯太林, 周克栋, 谭东汉. 霰弹飞行速度的测量方法与结果分析 [J]. 南京理工大学学报, 1998, 22(3): 201-204.

Experimental Study of Grape-shot Damage Effect on Human Body

MA Zhiwei,MA Yongzhong,ZHU Guangtao,LIU Shuo

(Engineering University of China Armed Police Force, Xi’an 710086, China)

In order to promote grape-shot of riot kinetic energy weapons to maintain orders effectively, it is necessary to carry out systematic and scientific research of grape-shot penetration effect. According to analysis of the mechanism on the basis of kinetic energy projectile target to human body, through establishment of grape-shot shooting platform, soap was used to simulate body organization, different pellet in different shooting distance on the end effect of the experiment. The research shows that within 10 effective meters, the effect of nonlethal of BB bullet is the most ideal. This research provides helps for scientific application and optimized improvements of riot of kinetic energy weapons and ammunition.

grape-shot; penetration power; terminal effect

2015-11-03

马志伟(1991-),男,山西太原人,硕士研究生,研究方向:军事装备学。

TJ27

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