破片對(duì)坦克部件毀傷模擬試驗(yàn)研究

吳曉穎，張 志，王懷軍，李 帆

(1.裝甲兵工程學(xué)院 兵器工程系， 北京100072； 2.白城兵器試驗(yàn)中心， 吉林 白城 137001； 3.北京軍代局駐長(zhǎng)治軍代室， 山西 長(zhǎng)治 046012)

【裝備理論與裝備技術(shù)】

破片對(duì)坦克部件毀傷模擬試驗(yàn)研究

吳曉穎1，張 志1，王懷軍2，李 帆3

(1.裝甲兵工程學(xué)院 兵器工程系， 北京100072； 2.白城兵器試驗(yàn)中心， 吉林 白城 137001； 3.北京軍代局駐長(zhǎng)治軍代室， 山西 長(zhǎng)治 046012)

榴彈毀傷元素沖擊波和破片對(duì)坦克部件的毀傷,單純的理論分析和計(jì)算機(jī)仿真分析難以得到令人信服的毀傷規(guī)律，需要實(shí)彈毀傷數(shù)據(jù)驗(yàn)證；結(jié)合試驗(yàn)研究項(xiàng)目，針對(duì)破片對(duì)坦克部件的毀傷進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)施準(zhǔn)備，獲取并處理相關(guān)數(shù)據(jù)，得到部件的毀傷規(guī)律，為類似試驗(yàn)的開展提供有益借鑒，對(duì)開展裝備毀傷研究具有重要意義。

破片；毀傷；試驗(yàn)

任何一個(gè)坦克部件的損壞都會(huì)影響到裝備整體性能的發(fā)揮。傳統(tǒng)反坦克彈藥榴彈的破片能夠?qū)μ箍瞬考斐梢欢ǖ臍固箍诵阅芙档蚚1-3]。研究反坦克彈藥對(duì)坦克目標(biāo)的毀傷效應(yīng),掌握彈藥毀傷元對(duì)坦克整體及重要部件的毀傷機(jī)理與毀傷規(guī)律,是提高坦克防護(hù)性能以及反坦克彈藥研制和發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

近年來(lái)關(guān)于坦克毀傷的相關(guān)研究較多。李向東等[4]通過(guò)理論計(jì)算方法建立毀傷模型，分析了榴彈對(duì)坦克的毀傷情況；李向榮等[5]利用射擊線技術(shù)原理，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真研究了殺爆彈對(duì)坦克的毀傷效應(yīng)；黃經(jīng)偉[6]建立坦克關(guān)鍵部件的等效模型以及整車易損性等效模型，提出了坦克關(guān)鍵部件和整車的毀傷概率計(jì)算模型。雖然理論分析與仿真模擬能夠得到彈藥對(duì)坦克部件毀傷的效應(yīng)，但是與真實(shí)的毀傷相比可靠性較差。為了準(zhǔn)確得到坦克部件級(jí)的毀傷效應(yīng)，有必要開展破片對(duì)坦克部件毀傷模擬試驗(yàn)研究， 尋找破片和部件毀傷之間的規(guī)律，為坦克毀傷評(píng)估提供有效數(shù)據(jù)。

1 模擬試驗(yàn)總體設(shè)計(jì)

為了進(jìn)行破片對(duì)坦克部件毀傷試驗(yàn)研究，首先需要繪制坦克部件模型圖紙并加工，然后選擇和改裝試驗(yàn)彈藥，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，最后組織實(shí)施試驗(yàn)過(guò)程、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析試驗(yàn)結(jié)果，完成試驗(yàn)[7]。設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

圖1 模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

鑒于榴彈破片的威力，選擇坦克上裝部分中對(duì)武器性能有重要影響作用的車長(zhǎng)指揮鏡和炮長(zhǎng)瞄準(zhǔn)鏡2個(gè)部件[8]，繪制2個(gè)部件圖紙并加工，形成部件模型，加工數(shù)量取決于試驗(yàn)方案的要求。

同樣，根據(jù)坦克在戰(zhàn)場(chǎng)上的應(yīng)用情況，選擇與真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)情況較為接近的彈藥作為試驗(yàn)用彈藥。首先按照試驗(yàn)需求，改裝設(shè)計(jì)彈藥；然后根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案；最后組織實(shí)施試驗(yàn)并對(duì)獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 試驗(yàn)組織實(shí)施

2.1 試驗(yàn)方案

在研究目標(biāo)等效的基礎(chǔ)上，根據(jù)榴彈破片對(duì)部件毀傷能力的特點(diǎn)，為確保毀傷模擬試驗(yàn)的順利進(jìn)行，設(shè)定試驗(yàn)方案，有關(guān)內(nèi)容如表1所示。

2.2 試驗(yàn)品

試驗(yàn)品包括被試品和參試品。被試品為坦克的部分部件模型。查閱相關(guān)資料并測(cè)繪實(shí)物，繪制試驗(yàn)部件模型圖并進(jìn)行部件加工。車長(zhǎng)指揮鏡和炮長(zhǎng)瞄準(zhǔn)鏡2個(gè)部件模型如圖2，加工后的部件實(shí)物如圖3所示。

參試品主要包括某型榴彈彈丸、改進(jìn)的引信、傳爆引線、絕緣帶、起爆雷管鋼尺、起爆器等。

表1 試驗(yàn)方案

圖2 坦克部件模型

圖3 坦克部件實(shí)物

試驗(yàn)彈藥選取某型榴彈。對(duì)引信進(jìn)行改裝，采用爆發(fā)器直接起爆，在起爆前引信處于短路狀態(tài)，當(dāng)試驗(yàn)準(zhǔn)備完畢后，斷開引信短路線，實(shí)施起爆。試驗(yàn)用彈丸如圖4。

圖4 試驗(yàn)用彈丸

2.3 試驗(yàn)品布置

該模擬試驗(yàn)通過(guò)某型榴彈在相應(yīng)位置靜爆[9]條件下產(chǎn)生破片和沖擊波來(lái)對(duì)坦克部件造成毀傷，獲得毀傷數(shù)據(jù)。試驗(yàn)的測(cè)試工作主要包括破片初速測(cè)定、沖擊波測(cè)定、坦克部件布置位置確定和部件固定、測(cè)試儀器布置等，其示意圖如圖5。

圖5 試驗(yàn)部件布置示意圖

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)模擬試驗(yàn)，榴彈爆炸后產(chǎn)生的破片場(chǎng)對(duì)坦克模擬部件的毀傷效果如圖6所示。

圖6 部件毀傷效果圖

本文選取質(zhì)量10 g長(zhǎng)方形破片對(duì)部件的毀傷數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，具體毀傷數(shù)據(jù)如表2至表5所示。

表2 車長(zhǎng)指揮鏡的侵徹深度

表3 車長(zhǎng)指揮鏡的侵徹孔徑

表4 炮長(zhǎng)瞄準(zhǔn)鏡的侵徹深度

表5 炮長(zhǎng)瞄準(zhǔn)鏡的侵徹孔徑

表2和表3中的數(shù)據(jù)，是質(zhì)量為10 g且侵徹速度在650～1 300 m/s的長(zhǎng)方形破片對(duì)車長(zhǎng)指揮鏡造成侵徹坑口直徑在25～32 mm并且侵徹厚度在8～20 mm的毀傷數(shù)據(jù)。

通過(guò)數(shù)值統(tǒng)計(jì)的方法，得到了車長(zhǎng)指揮鏡毀傷與破片侵徹速度的規(guī)律如圖7和圖8實(shí)線所示。為了能有效地得到車長(zhǎng)指揮鏡的毀傷規(guī)律，通過(guò)Origin8.5軟件，利用多元線性回歸的方法將有限的毀傷數(shù)據(jù)進(jìn)行高斯擬合，得到了車長(zhǎng)指揮鏡毀傷與破片侵徹速度的規(guī)律如圖7和圖8虛線所示，其擬合方程如下：

H=15.3·ln(v)-91.3

(1)

D=15.6·e0.000 6v

(2)

其中,H為侵徹深度(mm)；v為侵徹速度(m/s)；D為侵徹孔徑(mm)。

方程(1)適用條件： 靜爆條件下； 10 g長(zhǎng)方形破片； 毀傷對(duì)象為車長(zhǎng)指揮鏡。

方程(2)適用條件：靜爆條件下；10 g長(zhǎng)方形破片；毀傷對(duì)象為車長(zhǎng)指揮鏡。

由圖7可知，質(zhì)量為10 g的長(zhǎng)方形破片以650～1 300 m/s的速度侵徹車長(zhǎng)指揮鏡時(shí)，能對(duì)指揮鏡造成11～19 mm深的坑洞。對(duì)于某型主戰(zhàn)坦克的車長(zhǎng)指揮鏡,其外殼等效厚度為12 mm,根據(jù)部件毀傷模式[10],車長(zhǎng)指揮鏡殼體被擊穿,內(nèi)部結(jié)構(gòu)同時(shí)被毀傷。

表4和表5中的數(shù)據(jù)，是質(zhì)量為10 g且侵徹速度在650～1 300 m/s的長(zhǎng)方形破片，對(duì)炮長(zhǎng)瞄準(zhǔn)鏡造成的侵徹坑口直徑在28～35 mm，并且侵徹深度在9～16 mm的毀傷數(shù)據(jù)。

同理，處理炮長(zhǎng)瞄準(zhǔn)鏡毀傷數(shù)據(jù)后，得到了炮長(zhǎng)瞄準(zhǔn)鏡與破片侵徹速度的物理毀傷規(guī)律和擬合曲線，如圖9和圖10中實(shí)線和虛線所示。擬合方程如下：

H=13.4-ln(v)-80

(3)

D=17.3·ln(v)-88

(4)

其中:H為侵徹深度(mm)；v為侵徹速度(m/s)；D為侵徹孔徑(mm)。

方程(3)、方程(4)適用條件：靜爆條件下；10 g長(zhǎng)方形破片；毀傷對(duì)象為炮長(zhǎng)瞄準(zhǔn)鏡。

圖7 侵徹深度與破片侵徹速度的關(guān)系

圖8 侵徹孔徑與破片侵徹速度的關(guān)系

由圖9可知，質(zhì)量為10 g的長(zhǎng)方形破片以650～1 300 m/s的速度侵徹炮長(zhǎng)瞄準(zhǔn)鏡時(shí)，能對(duì)身管造成9～16 mm深的坑洞。對(duì)于某型主戰(zhàn)坦克的炮長(zhǎng)瞄準(zhǔn)鏡，其殼體等效厚度為10 mm，根據(jù)部件毀傷模式[10]，炮長(zhǎng)瞄準(zhǔn)鏡殼體被擊穿，內(nèi)部結(jié)構(gòu)同時(shí)被毀傷。

圖9 侵徹深度與破片侵徹速度的關(guān)系

圖10 侵徹孔徑與破片侵徹速度的關(guān)系

4 結(jié)論

1) 在靜爆條件下，破片的侵徹速度和部件被侵徹的深度呈現(xiàn)對(duì)數(shù)函數(shù)規(guī)律；

2) 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合坦克破壞程度評(píng)價(jià)表[2]，發(fā)現(xiàn)炮長(zhǎng)瞄準(zhǔn)鏡的毀傷對(duì)坦克的作用效果比車長(zhǎng)指揮鏡更顯著，更容易受到毀傷，所以在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中需要注意提高炮長(zhǎng)瞄準(zhǔn)鏡的防護(hù)能力；

3) 采用模擬試驗(yàn)對(duì)部件的毀傷研究，能夠簡(jiǎn)化工作流程、縮短周期，達(dá)到預(yù)期的效果；

4) 試驗(yàn)的結(jié)果可以為裝備部件毀傷規(guī)律的研究提供數(shù)據(jù)支持，同時(shí)試驗(yàn)的組織實(shí)施也能為類似試驗(yàn)的開展提供借鑒。

[1] 鄭振忠.裝甲裝備戰(zhàn)斗毀傷學(xué)概論[M].北京:兵器工業(yè)出版社,2004:49-51.

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ResearchonSimulationTestofTankComponentsDamagedbyFragments

WU Xiaoying1, ZHANG Zhi1, WANG Huaijun2, LI Fan3

(1.Department of Arms Engineering, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China; 2.Baicheng Ordnance Text Center of China, Baicheng 137001, China; 3. Military Representative Bureau in Changzhi of Military Representative Office of Beijing, Changzhi 046012, China)

For the component damage under the action of the damage element which included shock wave and fragments, the damage data obtained in the method of theoretical analysis and computer simulation analysis is unconvincing, and it is certain to obtain the parts damage data under the action of live ammunition for confirmation. Combined with experimental research project, we did the design and preparation of work, in which the tank parts damage was caused by fragments, to obtain and process the related data. Finally, the damage laws of parts are got. Not only the research can provide a useful reference for the similar experiments development, but also it has important sense to carry out research on equipment damage.

fragment; damage; experiment

2017-07-21；

2017-08-19

吳曉穎(1965—)，女，副教授，主要從事彈藥毀傷與防護(hù)研究。

張志(1991—)，男，碩士研究生，主要從事彈藥毀傷與防護(hù)研究。

10.11809/scbgxb2017.10.001

本文引用格式：吳曉穎，張志，王懷軍，等.破片對(duì)坦克部件毀傷模擬試驗(yàn)研究[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2017(10):1-4.

formatWU Xiaoying, ZHANG Zhi, WANG Huaijun, et al.Research on Simulation Test of Tank Components Damaged by Fragments[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(10):1-4.

TJ01

A

2096-2304(2017)10-0001-04

(責(zé)任編輯周江川)