閃光爆震彈預制破片設計與應用研究*

郭三學

(武警工程大學裝備工程學院,西安 710086)

?

閃光爆震彈預制破片設計與應用研究*

郭三學

(武警工程大學裝備工程學院,西安 710086)

為提高閃光爆震彈的安全效應,依據(jù)閃光爆震彈破片速度衰減規(guī)律,通過在彈體表面加工V形槽體的方法,以達到控制破片非致命效應的目的,設計了破片的數(shù)量、質(zhì)量、V形槽體尺寸。通過實驗,在彈體聲光效應基本不變的情況下,爆炸破片能夠得到有效控制,彈體能夠?qū)崿F(xiàn)預先設計的安全半徑,這為閃光爆震彈的安全使用提供了一種有效的技術(shù)手段。

閃光爆震彈;預制破片;設計

0 引言

閃光爆震彈是利用爆炸產(chǎn)生的強閃光和巨大聲響使目標暫時性致盲致聾的一種非致命武器,在反恐、維穩(wěn)等突發(fā)事件中發(fā)揮重要的作用。目前彈體大多使用塑料材料,在爆炸過程中易形成較大的破片[1],在使用過程中傷人事件時有發(fā)生,這無疑給合理執(zhí)法帶來了不可挽回的負面社會影響,從而嚴重影響了此類彈的廣泛應用。所以,減少爆炸破片的質(zhì)量,成為提高閃光爆震彈的安全性的主要技術(shù)手段。為此,通過設計一種預制破片的彈體結(jié)構(gòu)來有效控制破片,從而形成質(zhì)量小的破片,從根本上提高了閃光爆震彈的非致命效應。

1 預制破片設計

閃光爆震彈的預制破片設計,是指在彈體上進行預刻槽或預制切口操作,使彈藥爆炸后,利用應力集中辦法可以讓彈體從預刻槽破裂,質(zhì)量小的破片落在安全半徑之內(nèi),不會對人員產(chǎn)生致命性傷害。

1.1 預制破片質(zhì)量設計

評定投射物(彈丸破片)的致命能力,通常采用動能標準、比動能標準等。其中,動能標準是指當投射物的動能達到一定界限時,就能對人員有效的殺傷,通過試驗穿透皮膚所需的破片動能大于79 J[2],所以警用防暴彈的非致命判據(jù)是動能小于79 J。原閃光爆震彈安全半徑為10 m,現(xiàn)設計閃光爆震彈爆炸破片安全半徑為1 m,也就是通過合理設計預制破片,使其在爆炸后在1 m處破片動能小于79 J。

文獻[1]對現(xiàn)應用的閃光爆震彈爆炸破片的速度通過實驗數(shù)據(jù)進行了推導,破片速度衰減表達式為:

v=580exp(-0.3x)

(1)

式中:v為破片速度;x為距爆炸點的距離。

取x=1 m,v=513.16 m/s。

由動能計算公式:

(2)

則爆炸破片質(zhì)量:

(3)

其中:E為破片動能;m為破片質(zhì)量。將E≤79 J、v=513.16 m/s代入式(3),可得破片質(zhì)量m≤0.6 g。

計算結(jié)果顯示,為滿足非致命動能指標要求,閃光爆震彈安全半徑為1 m時,爆炸破片質(zhì)量小于等于0.6 g。

1.2 預制破片數(shù)量設計

已知閃光爆震彈彈殼總質(zhì)量M=41 g,預制破片質(zhì)量m=0.6 g,則預制破片數(shù)量N可由式(4)計算。

(4)

由式(4)可得爆炸破片的理論計算數(shù)值N=68.3。為滿足破片的非致命指標要求,同時,考慮到工藝性,取理論破片數(shù)量為72,其橫向和縱向刻槽數(shù)分別為9和8。

1.3 預制破片形狀設計

與破片動能、質(zhì)量一樣,破片形狀亦是影響破片致傷威力的重要因素,一般來說,球形、柱形破片在空氣中所受阻力小,速度衰減慢,存速高,作用在目標上能量傳遞多,穿透性強,終點效應明顯;方形、三角形破片在空氣中所受阻力大,速度衰減快,存速小,作用在目標上能量就少,穿透性差,非致命效應好。閃光爆震彈彈體為ABS塑料材質(zhì),在大批量加工時,殼體都是通過模具注塑成型。為方便刻槽加工成形,分別在平行彈筒軸線的軸向和垂直軸向的周向加工刻槽,形狀成方形破片,實物如圖1所示?？紤]到彈筒底部為圓形,刻槽設計成射線狀,形狀如圖2所示。

圖1 閃光爆震彈彈筒預制破片形狀

圖2 彈筒底部預制破片形狀

1.4 預制破片面積

閃光爆震彈為圓柱形彈筒,已知彈筒表面積S總和預制破片數(shù)量N,則單個破片的面積(未計彈筒底部)可由式(5)計算得出。

(5)

1.5 刻槽深度與寬度設計

刻槽深度對破片生成率、彈體自身強度起著重要的影響作用。預刻槽彈體破碎性好壞與彈體強度大小相互制約,這既關(guān)系到破片形成效果又影響閃光爆震彈儲存、運輸?shù)仁芡饨鐩_擊力時的承載能力?？滩凵疃却?易應力集中,破片容易形成,但刻槽處彈體厚度越薄,抗沖擊性能越差;相反刻槽深度小,破片不易成型。在不影響閃光爆震彈聲光效應和不降低勤務性、安全性的前提下,以彈體爆炸后形成完整的預制破片為原則設計預刻槽的尺寸。

2 預制破片結(jié)構(gòu)的應用

共設計了兩種試驗方案,分別是在彈筒內(nèi)體刻槽和彈筒外體刻槽,彈體試爆后通過收集預制破片,測試爆炸的聲光效應,試驗結(jié)果如下。

2.1 預制破片試驗

為了便于收集破片及對破片空間分布和效應進行觀測,設計了邊長2 m的正方體容器,容器的材料選擇厚度為0.01 m的7層膠合板,容器內(nèi)部貼3層厚度0.08 mm普通牛皮紙,穿透3層牛皮紙所需的動能與穿透皮膚所需的動能基本一致[2],試驗時,閃光爆震彈通過12號鐵絲水平固定于木箱內(nèi)中間處通過拉繩引爆,爆炸破片如圖3所示。

圖3 試驗破片

爆炸后,除出現(xiàn)極個別連體破片外,大部分破片形狀規(guī)則、質(zhì)量均等,有較大的連體破片嵌入紙上,但沒有完全穿透3層牛皮紙,紙質(zhì)表面留有明顯的擊打坑痕,現(xiàn)象表明基本能夠按照設計預想實現(xiàn)對破片數(shù)量、質(zhì)量和形狀的控制,比原彈體破片[1]有了徹底的改善,基本達到了安全距離1 m的目標。內(nèi)、外兩種刻槽方案的破片效果基本一致,而從加工工藝性考慮,外刻槽方案便于模具注塑成型,使用時又具有防滑性,所以,宜采用外刻槽彈體。為消除少數(shù)連體破片,通過刻槽精確加工,并適當打磨槽體,便可完全解決。

2.2 聲光效應測試

預制破片結(jié)構(gòu)的閃光爆震彈聲光強度的測試數(shù)據(jù)如表1所示,其中,測量點位于彈藥1 m距離處。

表1 聲光強度測試

由表1可看出,外刻槽方案比內(nèi)刻槽方案的聲強略高,但差別不大;光強也基本一樣。未刻槽的閃光爆震彈聲強約為160 dB,光強106～107cd,通過預刻槽,閃光強度和聲強并沒有受到彈體結(jié)構(gòu)變化而減弱,兩種方案與原彈體強度相近。

3 結(jié)論

1)以閃光爆震彈破片速度衰減模型設計預制破片彈體安全半徑,設計安全半徑從10 m降低到1 m,大大提高了閃光爆震彈的安全性,實現(xiàn)了彈體作用有生目標非致命要求。

2)通過破片預制,實現(xiàn)了對破片數(shù)量、質(zhì)量以及形狀的有效控制,從根本上解決了破片質(zhì)量大產(chǎn)生的不安全因素,對提高閃光爆震彈性能具有重要意義。

3)破片預制對彈體的閃光強度和聲強沒有影響,這種結(jié)構(gòu)用于提高非致命防暴彈的安全性具有很好的應用前景。

[1] 郭三學. 爆震彈破片非致命效應研究 [J]. 彈箭與制導學報, 2014, 34(3): 75-78

[2] 隋樹元, 王樹山. 終點效應 [M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2000: 2-5.

[3] 趙捍東, 金麗, 翟玉蘭, 等. 預制破片殺傷威力影響因素分析 [J]. 彈箭與制導學報, 2007, 27(2): 150-151.

[4] 吳成, 倪艷光, 張渝霞. 內(nèi)刻V型槽半預制破片戰(zhàn)斗部彈體的斷裂準則 [J]. 北京理工大學, 2008, 27(7): 569-572.

[5] 戴瑞輝, 黃超會. 預制破片彈殺傷面積的計算 [J]. 兵工學報, 1998, 19(4): 365-367.

Research on Design and Application of Prefabricated Fragments of Flash Stun Grenade

GUO Sanxue

(School of Equipment Engineering, Engineering University of CAPE, Xi’an 710086, China)

In order to improve safety of flash stun grenade, based on velocity attenuation law of flash stun grenade fragments, by processing V-shaped groove on projectile surface to control non-lethal effect of fragments, number, quality of fragments and the size of V-shaped groove were designed. Through experiment, under invariant acousto-optic effect, fragments can be controlled effectively. After explosion, fragments could scatter within safe radius, which provides an effective technical means for safe use of flash stun grenade.

flash stun grenade; prefabricated fragments; design

2015-06-08

國家社科基金軍事學項目(13GJ003-242)資助

郭三學(1962-),男,陜西富平人,教授,博士,研究方向:非致命武器設計。

TJ410.3

A