闪光爆震弹预制破片设计与应用研究*

郭三学

(武警工程大学装备工程学院,西安 710086)



闪光爆震弹预制破片设计与应用研究*

郭三学

(武警工程大学装备工程学院,西安 710086)

为提高闪光爆震弹的安全效应,依据闪光爆震弹破片速度衰减规律,通过在弹体表面加工V形槽体的方法,以达到控制破片非致命效应的目的,设计了破片的数量、质量、V形槽体尺寸。通过实验,在弹体声光效应基本不变的情况下,爆炸破片能够得到有效控制,弹体能够实现预先设计的安全半径,这为闪光爆震弹的安全使用提供了一种有效的技术手段。

闪光爆震弹;预制破片;设计

0 引言

闪光爆震弹是利用爆炸产生的强闪光和巨大声响使目标暂时性致盲致聋的一种非致命武器,在反恐、维稳等突发事件中发挥重要的作用。目前弹体大多使用塑料材料,在爆炸过程中易形成较大的破片[1],在使用过程中伤人事件时有发生,这无疑给合理执法带来了不可挽回的负面社会影响,从而严重影响了此类弹的广泛应用。所以,减少爆炸破片的质量,成为提高闪光爆震弹的安全性的主要技术手段。为此,通过设计一种预制破片的弹体结构来有效控制破片,从而形成质量小的破片,从根本上提高了闪光爆震弹的非致命效应。

1 预制破片设计

闪光爆震弹的预制破片设计,是指在弹体上进行预刻槽或预制切口操作,使弹药爆炸后,利用应力集中办法可以让弹体从预刻槽破裂,质量小的破片落在安全半径之内,不会对人员产生致命性伤害。

1.1 预制破片质量设计

评定投射物(弹丸破片)的致命能力,通常采用动能标准、比动能标准等。其中,动能标准是指当投射物的动能达到一定界限时,就能对人员有效的杀伤,通过试验穿透皮肤所需的破片动能大于79 J[2],所以警用防暴弹的非致命判据是动能小于79 J。原闪光爆震弹安全半径为10 m,现设计闪光爆震弹爆炸破片安全半径为1 m,也就是通过合理设计预制破片,使其在爆炸后在1 m处破片动能小于79 J。

文献[1]对现应用的闪光爆震弹爆炸破片的速度通过实验数据进行了推导,破片速度衰减表达式为:

v=580exp(-0.3x)

(1)

式中:v为破片速度;x为距爆炸点的距离。

取x=1 m,v=513.16 m/s。

由动能计算公式:

(2)

则爆炸破片质量:

(3)

其中:E为破片动能;m为破片质量。将E≤79 J、v=513.16 m/s代入式(3),可得破片质量m≤0.6 g。

计算结果显示,为满足非致命动能指标要求,闪光爆震弹安全半径为1 m时,爆炸破片质量小于等于0.6 g。

1.2 预制破片数量设计

已知闪光爆震弹弹壳总质量M=41 g,预制破片质量m=0.6 g,则预制破片数量N可由式(4)计算。

(4)

由式(4)可得爆炸破片的理论计算数值N=68.3。为满足破片的非致命指标要求,同时,考虑到工艺性,取理论破片数量为72,其横向和纵向刻槽数分别为9和8。

1.3 预制破片形状设计

与破片动能、质量一样,破片形状亦是影响破片致伤威力的重要因素,一般来说,球形、柱形破片在空气中所受阻力小,速度衰减慢,存速高,作用在目标上能量传递多,穿透性强,终点效应明显;方形、三角形破片在空气中所受阻力大,速度衰减快,存速小,作用在目标上能量就少,穿透性差,非致命效应好。闪光爆震弹弹体为ABS塑料材质,在大批量加工时,壳体都是通过模具注塑成型。为方便刻槽加工成形,分别在平行弹筒轴线的轴向和垂直轴向的周向加工刻槽,形状成方形破片,实物如图1所示。考虑到弹筒底部为圆形,刻槽设计成射线状,形状如图2所示。

图1 闪光爆震弹弹筒预制破片形状

图2 弹筒底部预制破片形状

1.4 预制破片面积

闪光爆震弹为圆柱形弹筒,已知弹筒表面积S总和预制破片数量N,则单个破片的面积(未计弹筒底部)可由式(5)计算得出。

(5)

1.5 刻槽深度与宽度设计

刻槽深度对破片生成率、弹体自身强度起着重要的影响作用。预刻槽弹体破碎性好坏与弹体强度大小相互制约,这既关系到破片形成效果又影响闪光爆震弹储存、运输等受外界冲击力时的承载能力。刻槽深度大,易应力集中,破片容易形成,但刻槽处弹体厚度越薄,抗冲击性能越差;相反刻槽深度小,破片不易成型。在不影响闪光爆震弹声光效应和不降低勤务性、安全性的前提下,以弹体爆炸后形成完整的预制破片为原则设计预刻槽的尺寸。

2 预制破片结构的应用

共设计了两种试验方案,分别是在弹筒内体刻槽和弹筒外体刻槽,弹体试爆后通过收集预制破片,测试爆炸的声光效应,试验结果如下。

2.1 预制破片试验

为了便于收集破片及对破片空间分布和效应进行观测,设计了边长2 m的正方体容器,容器的材料选择厚度为0.01 m的7层胶合板,容器内部贴3层厚度0.08 mm普通牛皮纸,穿透3层牛皮纸所需的动能与穿透皮肤所需的动能基本一致[2],试验时,闪光爆震弹通过12号铁丝水平固定于木箱内中间处通过拉绳引爆,爆炸破片如图3所示。

图3 试验破片

爆炸后,除出现极个别连体破片外,大部分破片形状规则、质量均等,有较大的连体破片嵌入纸上,但没有完全穿透3层牛皮纸,纸质表面留有明显的击打坑痕,现象表明基本能够按照设计预想实现对破片数量、质量和形状的控制,比原弹体破片[1]有了彻底的改善,基本达到了安全距离1 m的目标。内、外两种刻槽方案的破片效果基本一致,而从加工工艺性考虑,外刻槽方案便于模具注塑成型,使用时又具有防滑性,所以,宜采用外刻槽弹体。为消除少数连体破片,通过刻槽精确加工,并适当打磨槽体,便可完全解决。

2.2 声光效应测试

预制破片结构的闪光爆震弹声光强度的测试数据如表1所示,其中,测量点位于弹药1 m距离处。

表1 声光强度测试

由表1可看出,外刻槽方案比内刻槽方案的声强略高,但差别不大;光强也基本一样。未刻槽的闪光爆震弹声强约为160 dB,光强106～107cd,通过预刻槽,闪光强度和声强并没有受到弹体结构变化而减弱,两种方案与原弹体强度相近。

3 结论

1)以闪光爆震弹破片速度衰减模型设计预制破片弹体安全半径,设计安全半径从10 m降低到1 m,大大提高了闪光爆震弹的安全性,实现了弹体作用有生目标非致命要求。

2)通过破片预制,实现了对破片数量、质量以及形状的有效控制,从根本上解决了破片质量大产生的不安全因素,对提高闪光爆震弹性能具有重要意义。

3)破片预制对弹体的闪光强度和声强没有影响,这种结构用于提高非致命防暴弹的安全性具有很好的应用前景。

[1] 郭三学. 爆震弹破片非致命效应研究 [J]. 弹箭与制导学报, 2014, 34(3): 75-78

[2] 隋树元, 王树山. 终点效应 [M]. 北京: 国防工业出版社, 2000: 2-5.

[3] 赵捍东, 金丽, 翟玉兰, 等. 预制破片杀伤威力影响因素分析 [J]. 弹箭与制导学报, 2007, 27(2): 150-151.

[4] 吴成, 倪艳光, 张渝霞. 内刻V型槽半预制破片战斗部弹体的断裂准则 [J]. 北京理工大学, 2008, 27(7): 569-572.

[5] 戴瑞辉, 黄超会. 预制破片弹杀伤面积的计算 [J]. 兵工学报, 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

国家社科基金军事学项目(13GJ003-242)资助

郭三学(1962-),男,陕西富平人,教授,博士,研究方向:非致命武器设计。

TJ410.3

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