殺爆彈對(duì)地面鋼筋混凝土目標(biāo)毀傷研究＊

孫 韜，游 寧，沈曉軍，郭 敏

（63961部隊(duì)，北京 100012）

0 引言

研究分析表明，未來(lái)局部戰(zhàn)爭(zhēng)中火力裝備必須具備對(duì)大量的諸如由鋼筋混凝土構(gòu)筑而成的地面堅(jiān)固工事目標(biāo)的作戰(zhàn)能力。美軍的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和對(duì)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的分析預(yù)計(jì)（AD－A 177645），40%的戰(zhàn)斗針對(duì)混凝土類(lèi)目標(biāo)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)報(bào)道了彈藥對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的毀傷研究情況，主要集中在對(duì)穿甲彈、半穿甲彈的侵徹分析、或者混凝土介質(zhì)本構(gòu)關(guān)系的分析、或者爆破效應(yīng)研究等等，對(duì)在目標(biāo)表面爆炸、且有不同著靶動(dòng)能和著靶姿態(tài)的彈藥對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的毀傷研究，涉及到軍事用途的敏感性，尚未見(jiàn)到詳細(xì)研究資料。配用觸發(fā)引信的殺爆彈是壓制火炮的主用彈種，配備量大，對(duì)地面鋼筋混凝土工事的射擊毀傷，體現(xiàn)為多發(fā)命中下的累計(jì)毀傷過(guò)程。不同彈種對(duì)鋼筋混凝土目標(biāo)的毀傷能力均可用射擊用彈量表述，而計(jì)算射擊用彈量需要利用毀傷命中彈數(shù)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)需要通過(guò)試驗(yàn)和分析得到，目前未見(jiàn)有對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。因此，文中將在毀傷試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，得出毀傷命中彈數(shù)的分析模型，通過(guò)計(jì)算典型彈種的射擊用彈量，并對(duì)照實(shí)際射擊用彈統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以此判別所建模型的適用性。

1 毀傷試驗(yàn)研究

采用炮射試驗(yàn)方法，進(jìn)行了3種配用彈頭機(jī)械觸發(fā)引信的殺爆彈對(duì)0.5m和1m厚鋼筋混凝土目標(biāo)的多發(fā)累積毀傷試驗(yàn)，墻體混凝土強(qiáng)度均不低于C35、鋼筋設(shè)置滿(mǎn)足構(gòu)筑相關(guān)要求[1]。其中，引信為鋁本體機(jī)械觸發(fā)引信及鋼本體機(jī)械觸發(fā)引信，均裝定為長(zhǎng)延時(shí)。3種殺爆彈均裝填TNT炸藥，裝藥質(zhì)量及對(duì)混凝土靶板產(chǎn)生破孔毀傷的部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼筋混凝土靶板的毀傷狀態(tài)依賴(lài)于彈丸著靶動(dòng)能、炸藥裝藥、著靶姿態(tài)、配用引信等。殺爆彈對(duì)混凝土靶墻與整體混凝土工事結(jié)構(gòu)的毀傷發(fā)數(shù)間存在著較好的等效性，且單發(fā)彈丸對(duì)目標(biāo)入射面的破壞作用區(qū)域直徑約1.0～1.5m，相同入射狀態(tài)產(chǎn)生的最大破壞深度近似相等。相同彈丸入射同樣厚度的目標(biāo)，產(chǎn)生破孔毀傷所需彈藥發(fā)數(shù)N與單發(fā)動(dòng)能T的乘積存在如下關(guān)系式：

式中角標(biāo)1、2代表不同的動(dòng)能。

表1 殺爆彈對(duì)混凝土目標(biāo)的毀傷試驗(yàn)結(jié)果

此外，相同彈丸（配用相同引信）入射不同厚度鋼筋混凝土目標(biāo)，相同動(dòng)能產(chǎn)生破孔毀傷所需彈藥發(fā)數(shù)N與目標(biāo)厚度H 之間近似滿(mǎn)足如下關(guān)系式：

2 命中毀傷彈數(shù)模型

某型殺爆彈以相同著靶狀態(tài)射擊破壞厚度為H的混凝土類(lèi)目標(biāo)，取Δ為單發(fā)殺爆彈產(chǎn)生的最大破壞深度，由爆炸力學(xué)的研究成果有：

其中，Ka為混凝土介質(zhì)材料的抗爆炸壓縮系數(shù)，一般鋼筋混凝土工事的混凝土強(qiáng)度在C30～C50之間，取該值為0.145[1]；Kz為介質(zhì)材料的抗爆炸局部破壞系數(shù)，一般取0.42[1]；C為彈丸炸藥裝藥量（kg）。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，目標(biāo)出現(xiàn)穿孔性破壞所需發(fā)數(shù)ns可表述為：

考慮彈丸運(yùn)動(dòng)對(duì)爆炸的影響、彈丸著角、引信狀態(tài)，?。?/p>

式中：ηc為由于彈丸入射狀態(tài)造成炸藥裝藥形狀影響系數(shù)[1]，設(shè)β為彈丸著角，?。?/p>

η為彈丸自身速度造成的炸藥裝藥量以及爆炸破片對(duì)單純炸藥爆破的影響系數(shù)，由下式確定[2]：

式中：m為彈丸質(zhì)量；V為彈丸著靶速度；Qc為對(duì)應(yīng)炸藥C的爆熱；CTNT為殺爆彈炸藥裝藥等效TNT炸藥的裝藥量[2]：

式中：a為裝填系數(shù)，即炸藥重量與戰(zhàn)斗部重量之比；γ為爆炸產(chǎn)物絕熱指數(shù)；r0為裝藥半徑；rm為爆炸形成破片達(dá)到最大速度時(shí)的半徑；Kf為引信延期裝定對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞影響系數(shù)，對(duì)鋁本體觸發(fā)引信取0.8～1.2，鋼本體取1.2～2.0。

定義命中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)第N發(fā)導(dǎo)致工事的功能喪失系數(shù)LF為：

式中：Ak為參照面積，取本次試驗(yàn)等效靶的面積3m×3m；A為目標(biāo)被殺爆彈作用的最大面積，對(duì)獨(dú)立結(jié)構(gòu)的單兵防御工事、火炮工事，取其正面面積；Q為混凝土目標(biāo)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低系數(shù)，且：

Kn為考慮彈丸著靶位置隨機(jī)性散布的修正系數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果?。?/p>

則命中N發(fā)殺爆彈，每發(fā)相對(duì)獨(dú)立時(shí)，對(duì)混凝土內(nèi)人員殺傷的概率為：

對(duì)應(yīng)不同的毀傷程度，即可得到對(duì)應(yīng)的毀傷命中彈數(shù)ω。

對(duì)有高大門(mén)窗、射口的混凝土目標(biāo)，射彈從門(mén)窗、射口飛入目標(biāo)內(nèi)的可能性完全存在，因此對(duì)該類(lèi)混凝土目標(biāo)的毀傷事件成為一個(gè)或門(mén)事件，設(shè)彈丸從射口飛入目標(biāo)內(nèi)對(duì)內(nèi)部毀傷的事件為A1、彈丸破壞目標(biāo)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致內(nèi)部毀傷的事件為A2，只要兩者有一個(gè)發(fā)生，內(nèi)部的毀傷事件即發(fā)生。考慮A1、A2之間相互獨(dú)立，則有：

對(duì)射口處有防護(hù)門(mén)及擋彈裝置的堅(jiān)固工事，需要直接命中（1～4）發(fā)殺爆彈方能對(duì)內(nèi)部造成毀傷。設(shè)該類(lèi)工事射口面積S1、工事正面面積S0，工事射向與彈丸入射方向夾角為θ，由指數(shù)毀傷率，命中1發(fā)彈對(duì)工事的毀傷概率為：

則毀傷命中彈數(shù)的數(shù)學(xué)期望為：

3 毀傷計(jì)算

取步兵防御工事鋼筋混凝土墻壁厚0.5～0.6m，A＝Ak；火炮工事墻壁厚1.0m，S1／S0＝1／4。1型殺爆彈初速取600m／s，2型殺爆彈初速取800m／s，3型殺爆彈初速取620m／s，計(jì)算得到對(duì)典型混凝土目標(biāo)的命中毀傷彈數(shù)見(jiàn)表2～表3。表3中數(shù)值的第一個(gè)值是工事射口無(wú)防護(hù)情況下，式（14）中每種彈丸取2發(fā)命中射口即可毀傷工事的結(jié)果；第二個(gè)值是工事射口有防護(hù)情況下的結(jié)果，其中，式（14）中（1～4）范圍對(duì)1型殺爆彈取3發(fā)，2型和3型殺爆彈取4發(fā)。

表2 毀傷步兵防御工事命中毀傷彈數(shù)（毀傷程度取80%）

表3 毀傷火炮工事命中毀傷彈數(shù)

取射擊誤差為兩組誤差型（諸元誤差和射彈散布誤差），諸元誤差服從或接近正態(tài)分布，射彈散布服從或接近最有利散布，對(duì)應(yīng)最有利散布法，達(dá)到一定毀

式中：ν為矩形目標(biāo)幅員；τ為與目標(biāo)毀傷幅員、散布中間誤差以及命中毀傷彈數(shù)ω有關(guān)的系數(shù)，可查表得到；Ed、Ef為決定諸元的距離和方向中間誤差；R與毀傷程度相關(guān)，可查表得到。

取堅(jiān)固火炮工事陣地（4門(mén)）的目標(biāo)幅員為正面240m、縱深140m，毀傷程度取50%；步兵防御陣地幅員為正面300m、縱深100m，毀傷程度取25%。3型殺爆彈的初速同前，計(jì)算不同射程的彈藥消耗量見(jiàn)表4、表5。傷程度的彈藥消耗量N為[3]：

表4 對(duì)火炮工事的毀傷用彈量（發(fā)）

表5 對(duì)步兵防御陣地毀傷用彈量（發(fā)）

對(duì)照實(shí)際的部分毀傷統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：炮目距離10km、11km，破壞堅(jiān)固火炮工事消耗1型殺爆彈分別為1543發(fā)、1987發(fā)；炮目距離5～6km，3型殺爆彈破壞單個(gè)堅(jiān)固永備工事共需120～150發(fā)，文中的計(jì)算結(jié)果與其相符。

美軍M198式155mm牽引火炮殺爆彈近距離平射，在配用混凝土侵徹引信時(shí)，5發(fā)炮彈可以在1m厚鋼筋混凝土墻上打出1.5m寬的缺口[4]。由式（5），取彈丸著靶速度800m／s，引信系數(shù)Kf取1.2～2.0，計(jì)算得到出現(xiàn)穿孔性破壞所需發(fā)數(shù)ns＝3.5～5.8發(fā)，平均為4.7發(fā)，與5發(fā)的數(shù)值非常接近；如取引信系數(shù)Kf為0.8～1.0，計(jì)算得到出現(xiàn)穿孔性破壞所需發(fā)數(shù)ns＝6.9～8.6發(fā)。這一結(jié)果說(shuō)明殺爆彈配用引信不同時(shí)，作用效果相差將很大。

4 結(jié)論

研究表明：

1）配用彈頭觸發(fā)引信的殺爆彈對(duì)混凝土目標(biāo)的單發(fā)毀傷能力與著靶動(dòng)能、炸藥裝藥量、引信狀態(tài)密切相關(guān)；

2）毀傷用彈量分析結(jié)果與實(shí)戰(zhàn)數(shù)據(jù)相符，毀傷命中彈數(shù)模型可用于殺爆彈對(duì)地面堅(jiān)固工事目標(biāo)的毀傷效能評(píng)估；

3）對(duì)頭部機(jī)械觸發(fā)引信進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及延時(shí)機(jī)構(gòu)改進(jìn)，可顯著提高殺爆彈較高速度下對(duì)混凝土目標(biāo)的毀傷效能。

[1]GJBz20419.2－1998防護(hù)工程防常規(guī)武器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]北京工業(yè)學(xué)院.爆炸及其作用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1979.

[3]程云門(mén).評(píng)定射擊效率原理[M].北京：解放軍出版社，1984.

[4]張書(shū)坤，莫雯雯.城市作戰(zhàn)[M].重慶：電腦報(bào)電子音像出版社，2010.