快速拼装式防爆墙抗侵彻爆炸试验

张志刚,曹洪瑞,葛 涛,卢昌鑫

(1.空军工程大学航空工程学院,西安710038;2.空军房地产管理局兰州房地产管理处,兰州730020)

常规武器弹药的爆炸冲击波作用,以及子弹和爆炸物碎片的侵彻作用是造成防护结构破坏的主要原因[1]。快速拼装式防爆墙作为目前应对突发恐怖袭击的有效防护手段,一方面能够有效地削弱爆炸冲击波对墙后物体的破坏作用,另一方面又能抵抗子弹和爆炸物碎片的侵彻,起到保护墙后重要目标的作用[2]。

近年来,许多国内外学者通过试验[3-4]、理论分析[5-6]、数值模拟[7-8]等方法,对防爆墙的抗冲击破坏性能进行了大量研究,分析了爆炸冲击波作用于不同类型防爆墙的绕射规律,并得到了不同类型防爆墙对爆炸冲击波的削弱作用,取得较好的研究进展。Rose T A等[9]根据爆炸相似理论,建立了不同材料的防爆墙缩比模型,研究了不同材料防爆墙对爆炸冲击波的削弱作用;Zhou X Q等[10]采用AUTODYN3D软件模拟了爆炸冲击波对防爆墙以及墙后物体的作用情况,研究了防爆墙后建筑物的爆炸冲击波反射超压分布情况,提出了一种估算墙后建筑物反射超压时程的近似拟合公式;张耀等[11]利用AUTODYN软件模拟了水体防爆墙和钢混防爆墙对爆炸冲击波的削弱作用,并分析了爆炸冲击波作用于防爆墙时物质能量的转化规律;姜鹏飞等[12]依据CONWEP程序计算了不同破坏等级下的破片特征参数,采用LSDYNA软件研究了组合防爆墙的抗破片侵彻性能,得到了4种破片类型对防爆墙的破坏特征以及破坏特性参数的变化规律;朱福林等[13]利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件建立了不同尺寸和不同填充物条件下的防爆墙有限元模型,研究并得到了爆炸冲击波、破片和射流3种毁伤元作用下的防爆墙的防爆和抗弹能力;李明钊等[2]根据快速机动式防爆墙的材料特性和适用领域,结合国内外学者的相关试验数据和理论分析方法,提出了快速机动式防爆墙抗子弹侵彻深度的计算公式。

目前,对于防爆墙的研究主要集中于其抗爆炸冲击波破坏性能方面,而防爆墙抗侵彻爆炸性能的现场实弹试验并不多,部分学者只是通过软件进行了仿真建模和数值模拟,其研究结果与实际情况还存在一定的差距。特别是在枪弹、穿甲弹和杀爆弹打击下,能够迅速构筑的快速拼装式防爆墙的抗侵彻爆炸试验研究还从未见报到。本文介绍了对快速拼装式防爆墙进行野外现场枪击、炮击侵彻的试验过程,以及快速拼装式防爆墙抗侵彻爆炸性能的研究成果。

1 试验概况

1.1 试验设计

为了研究快速拼装式防爆墙抗枪弹、穿甲弹和杀爆弹的抗侵彻爆炸性能,进行了枪击试验和炮击试验,分别利用5.8、7.62、12.7 mm钢芯枪弹,30 mm脱壳穿甲弹以及PL96-122杀爆弹对防爆墙进行近距离实弹打击,直接检验防爆墙对近距离常用枪弹、30 mm脱壳穿甲弹以及PL96-122杀爆弹打击产生的冲击波、破片、飞散物等有效防护能力。

1.2 试验条件

1)试验构件。快速拼装式防爆墙墙体内可填充砂、土或就地取材的土石、建筑垃圾等。但考虑到墙体在受到爆炸冲击后会发生石子飞溅等情况,对防护目标造成二次伤害,且防爆墙填充土石时的抗侵彻能力要比填充细砂时的抗侵彻能力强,故选择最不利的情况进行试验,即防爆墙墙体内填充细砂。试验构件均由不同防爆墙单元组合形成,本试验采用长方体防爆墙单元(尺寸:长2.13 m,厚2.13 m,高2.21 m)及直角梯形防爆墙单元(尺寸:长1.06 m,上底长1.06 m,下底长1.80 m,高2.21 m),且墙体内细砂由人工压实。

2)参试品。抗侵彻试验参试品类别如表1所示,抗侵彻试验参试品实物如图1所示。

表1 抗侵彻试验参试品Table 1 Anti-penetration test sample

图1 抗侵彻试验参试品实物Fig.1 Anti-penetration test sample

2 试验方案

2.1 枪击试验

采用2组直角梯形防爆墙前后拼接形成组合防爆墙(见图2),每组直角梯形防爆墙由5个直角梯形防爆墙单元拼接而成,组合防爆墙尺寸:上底厚2.12 m,下底厚3.6 m,高2.21 m,长5.3 m。分别用95式班用机枪、56式半自动步枪、56式冲锋枪对组合防爆墙射击,射击地点距组合防爆墙迎弹面46 m;采用54式12.7 mm高射机枪对长方体防爆墙单元射击,射击地点距防爆墙迎弹面32 m。射击结束后,将防爆墙内填充的细砂逐层挖开,用卷尺测量所回收的各类枪弹对该类防爆墙的侵彻深度。

图2 组合防爆墙Fig.2 Combined anti-blast wall

2.2 炮击试验

1)30 mm脱壳穿甲弹炮击试验。采用30 mm弹道炮对长方体防爆墙单元射击6枚,炮口距防爆墙迎弹面37.5 m,射击结束后,将防爆墙内填充的细砂逐层挖开,用卷尺测量所回收的穿甲弹对该类防爆墙的侵彻深度。

2)PL96-122杀爆弹炮击试验。采用PL 96-122榴弹炮分别对与图2类同的2个组合防爆墙射击杀爆弹2枚,配DRL-12引信,其中1发引信为瞬发状态,另1发引信为延时状态,炮口距组合防爆墙迎弹面210 m。射击结束后采用目视法观察防爆墙的外形变化,测量墙体上的爆坑尺寸。

3 试验结果分析

3.1 枪击试验

整个枪击试验射击过程正常,射击结束后回收5.8、7.62、12.7 mm钢芯枪弹各3发,防爆墙被击中部位土工布穿破,钢丝断裂,所有枪弹均未穿透防爆墙体,墙体其他各部分保持完好(见图3)。经测量其平均侵彻深度分别为42、38、32 cm。枪弹对防爆墙的穿深如表2所示。

图3 枪击后防爆墙迎弹面效果Fig.3 Impact surface effect of anti-blast wall wall after shooting

表2 钢芯枪弹对防爆墙的穿深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钢芯枪弹对长方体防爆墙单元的平均侵彻深度分别占墙体厚度的比例为19.7%、17.8%、15.0%,三种型号枪弹对防爆墙的侵彻深度相近,仅造成轻度侵彻。

3.2 30 mm脱壳穿甲弹炮击试验

对长方体防爆墙单元射击30 mm脱壳穿甲弹6枚,回收3枚。防爆墙被击中部位土工布穿破,钢丝断裂,墙体其他各部分保持完好,穿甲弹未穿透防爆墙,经测量,其侵彻深度分别为122、120、119 cm,平均侵彻深度为120 cm(见图4)。

图4 30 mm脱壳穿甲弹炮击后防爆墙迎弹面效果Fig.4 The anti-blast wall impact surface effect after 30 mm shelling armor-piercing projectile

本试验构筑的防爆墙能对30 mm脱壳穿甲弹近距离打击起到有效的防护作用,30 mm脱壳穿甲弹对长方体防爆墙单元的平均侵彻深度为该墙体厚度的56.3%,仅造成中度侵彻。

3.3 PL96-122杀爆弹炮击试验

对2个组合防爆墙共射击PL96-122全装药杀爆弹2枚,配DRL12引信,其中1枚引信为瞬发状态,另1枚为延时状态。

1)引信为瞬发状态时,弹着点距防爆墙顶端垂直距离33 cm,弹药爆炸后形成漏斗形弹坑,弹坑顶端横向尺寸350 cm,弹坑底端横向尺寸100 cm,爆坑高135 cm。防爆墙整体未见倾覆和明显倾斜,迎弹面有坍塌,土工布和钢网破裂,露出填砂,填砂有部分塌落。清理弹坑内细砂发现,炮弹仅在迎弹面一侧直角梯形单元防爆墙上造成损坏,前后两组直角梯形单元连接处土工布及钢网均完好。迎弹面防爆墙弹坑两侧各剩余1个直角梯形单元保持完好,单元连接部分螺旋铰链严重变形但未见断裂,弹坑下部墙体单元出现变形,但未见断裂,墙后未见弹片贯穿。PL96-122火炮瞬发状态的射击效果如图5所示。

图5 PL96-122火炮瞬发状态的射击效果Fig.5 Shooting effect of PL96-122 artillery in an instant state

2)引信延时状态时,弹着点距防爆墙顶端垂直距离49 cm,弹坑顶端横向尺寸430 cm,弹坑底端横向尺寸280 cm,爆坑高150 cm。防爆墙整体未见倾覆和明显倾斜,毁伤程度明显大于瞬发状态,弹坑周围钢网由内向外翻卷。防爆墙迎弹面毁伤范围内土工布和钢网破损、断裂,墙体出现坍塌,墙内细砂漏出,清理弹坑内细砂发现,前后两层墙体连接处,土工布有少量破损,钢网连接完好。防爆墙迎弹面弹坑左右两侧各剩余1个直角梯形单元未见破裂,与弹坑连接处钢网向外扩张变形,单元连接部分的螺旋铰链上部断裂,下部有斜向变形未见断裂,墙后未见弹片贯穿。PL96-122火炮延时状态的射击效果如图6所示。

图6 PL96-122火炮延时状态的射击效果Fig.6 Shooting effect of PL96-122 artillery extension state

由射击效果可知,瞬发状态下,杀爆弹爆炸后仅对组合防弹墙迎弹面一侧造成了破坏。其中,爆坑顶端横向尺寸和底端横向尺寸占防爆墙长度的比例分别为60.4%和18.9%,爆坑高度占防爆墙高度的比例为61.1%;延时状态下,杀爆弹爆炸后同样是仅对组合防爆墙迎弹面一侧造成了破坏,其中,爆坑顶端横向尺寸和底端横向尺寸占防爆墙长度的比例分别为81.1%和52.8%,爆坑高度占防爆墙高度的比例为67.9%。

由组合防爆墙的两种破坏情况来看,PL96-122杀爆弹两种爆炸状态仅对组合防爆墙迎弹面一侧造成了中度破坏,其背爆面一侧无任何破坏,不影响组合防爆墙的防护功能。由此可见,该组合防爆墙能对瞬发状态和延时状态下PL96-122杀爆弹爆炸打击起到有效的防护作用。

4 结论

1)快速拼装式防爆墙在经5.8、7.62、12.7 mm钢芯枪弹打击后,打击部分土工布穿破,钢网断裂,但未穿透墙体,仅造成了轻度侵彻,未影响其正常防护功能,起到了有效的防护作用。

2)快速拼装式防爆墙在经30 mm脱壳穿甲弹打击后,击中部位土工布穿破,钢丝断裂,墙体其他各部分保持完好,穿甲弹未穿透防爆墙,仅造成中度侵彻,未对长方体防爆墙单元造成实质性破坏,不影响其防护功能,起到了有效的防护作用。

3)快速拼装式防爆墙在经PL96-122杀爆弹瞬发和延时炮击后,墙体未见倾覆和明显倾斜,迎弹面有坍塌,土工布和钢网破裂,填料有部分塌落,墙后未见弹片贯穿,仅对组合防爆墙迎弹面一侧造成了中度破坏,不影响组合防爆墙的防护功能。由此可见,该组合防爆墙能对瞬发状态和延时状态下PL96-122杀爆弹的近距离打击起到有效防护作用。