聚能射流作用下模拟装甲舱室内冲击波试验研究

柯文， 陈化良， 张之暐， 马林， 门丽娟， 王凤丹

(1.中国兵器工业试验测试研究院， 陕西 华阴 714200；2.中国兵器工业导航与控制技术研究所， 北京 100089)

聚能射流作用下模拟装甲舱室内冲击波试验研究

柯文1， 陈化良1， 张之暐2， 马林1， 门丽娟1， 王凤丹1

(1.中国兵器工业试验测试研究院， 陕西 华阴 714200；2.中国兵器工业导航与控制技术研究所， 北京 100089)

为研究先进装甲目标内乘员部位冲击波毁伤效应，建立了典型装甲车辆乘员舱室模拟等效目标靶，开展了破甲弹静爆射流穿透装甲钢舱壁及炸药在舱内静爆条件下舱内冲击波试验。试验结果表明：聚能射流穿透装甲舱室后，在舱室内具有一定的冲击波毁伤效应；受射流穿透舱壁时舱体振动、测试位置、壁面反射、传感器安装方式等因素影响，测试波形差异较大；与裸装药在模拟装甲舱内爆炸的试验结果相比，聚能装药爆炸射流穿透舱壁作用下产生的冲击波波形更复杂；若采取无模拟舱底钢板的等效舱试验方法，更加有利于获取有效的超压测试波形。

兵器科学与技术； 聚能射流； 模拟装甲舱室； 冲击波

0 引言

先进装甲目标毁伤效应一直是反装甲武器弹药研究的重点，以前主要关心弹药的侵彻穿甲能力和装甲防护能力[1-6]，近年来更加关注坦克、装甲舱室内部破片、热效应、气体浓度以及冲击波等毁伤效应，并由此开展了相关研究[7-9]，然而由于坦克、装甲车辆真实目标价值昂贵，内部空间有限，特别是在弹药动态穿透条件下，受弹体、射流侵彻振动等恶劣测试环境影响，舱室内部冲击波的测试更加困难，很难获取准确可靠的测试数据，这对装甲目标内部的毁伤评估带来一定困难。

本文以某典型装甲舱室为模拟等效目标靶，开展了聚能装药爆炸射流穿透装甲钢后，目标内部空间乘员部位产生的空气冲击波超压测试方法研究，取得相关试验测试数据，为今后舱室内部冲击波毁伤效应的精确测试和评估提供一定参考。

1 模拟装甲舱室目标靶及试验测试方案

1.1 模拟舱建立

由于坦克、装甲车目标种类较多，内外部尺寸也不一致，本次试验以某典型装甲车舱室为原型建立模拟等效目标靶，该原型舱室前部左侧为驾驶员，右侧为发动机舱，驾驶员后方是车长，车长右侧是副车长，副车长后面是机枪手，机枪手两旁是两条长椅。副车长及机枪手座位位于装甲车中轴线上。

由于发动机舱与乘员舱由钢板隔离，为考核聚能装药爆炸射流穿透对车内乘员等部位的冲击波毁伤情况，同时考虑到舱室背面后半部分毁伤作用较小，实际把试验模拟舱缩小到图1中虚线位置。

图1 装甲舱室结构示意图Fig.1 Sructure diagram of armored cabin

模拟舱高为1.4 m，模拟舱室内部采用角钢焊接骨架，外部受弹面装甲板厚度为12 mm厚装甲钢，其余各面用12 mm厚45号钢钢板焊接而成。弹药采用80 mm破甲弹聚能装药，装药量465 g，射流速度大于4 000 m/s，药形罩材质为紫铜，炸高为190 mm. 聚能装药及射流作用点考虑从装甲车辆侧面两个位置攻击，如图1所示。

1.2 测试点位确定

根据简化的模拟装甲舱室，在驾驶员、车长、副车长、机枪手4个乘员位置，布设自由场超压测试传感器，测试点距底面高度0.7 m，水平布设，头部向前。同时为测试舱体不同壁面、拐角冲击波，在舱体侧壁、后壁、地面中心及拐角布设4个端面传感器，如图2所示。

图2 测试点位布设示意图Fig.2 Test position layout

1.3 试验布设及方案

试验系统包括80 mm破甲弹装药组件、支弹架、装甲车模拟等效舱室、超压测试系统、后效回收靶等。现场整体布设如图3所示。

图3 装甲舱室试验现场布设图Fig.3 Test site layout

由于射流穿靶时，舱体振动剧烈，对获取有效超压测试信号影响较大，故采取了将模拟装甲舱室钢质底部改为活动舱底结构，观测有无舱底钢板两种条件下冲击波信号的不同。但应注意在用土壤地面代替舱底的情况下，土壤实际上会起到吸收冲击波的作用，影响舱内冲击波的毁伤效应，这种影响主要是对舱底、壁面测试信号影响较大，对乘员部位自由场测点首波的影响相对较小。同时还与舱内裸药柱静爆测试信号进行对比，观测有效测试信号波形的变化，整体试验测试方案如表1所示。

2 试验测试结果及分析

2.1 冲击波测试结果

根据表1试验方案，分有舱底钢板与无舱底钢板两种条件，共进行6发试验，获取的超压测试结果如表2所示。

由整体测试结果可见，裸药在舱内静爆，聚能装药爆炸射流穿透装甲钢壁面进入舱体内部，都存在冲击波超压毁伤作用，但受舱体振动、测试位置远近、传感器安装方式等因素影响测试波形及峰值超压差异较大，测试数据变化及影响因素分析如下。

表1 试验测试方案表

表2 超压测试结果

注： “-”表示无有效数据。

2.2 裸药舱体内爆的测试结果分析

裸药TNT当量为50 g，爆心位置选取在2号、3号、4号测点的中心附近，测试数据见表2第3发、第4发。从各点超压测试波形看：当传感器安装在有钢质舱底的安装杆或安装座上时，由于爆炸引起的舱体振动影响，使测试到的波形较差；安装在无钢质舱底的安装杆或安装座上，测试波形较好。其典型波形对比如图4所示。

图4 裸药舱内爆有无舱底波形对比Fig.4 Bilge waveform comparison about bare charge booth explosion

从离爆心最近的5号测点(端面传感器)看，不管是否有舱底钢板，两发波形基本相同，且波形干净，无干扰噪声，说明在离爆心近区冲击波传播较快，先于舱体振动波到达，在冲击波脉宽内夹杂振动信号小，其波形对比如图5所示。

图5 裸药近区测试波形对比Fig.5 Test waveforms of bare charges at near region

2.3 聚能装药爆炸射流穿透舱体测试结果分析

从表2聚能装药爆炸射流穿透装甲钢后，4发试验所测的冲击波超压结果及波形(见图6)看，主要表现在：

1) 从超压量值看，射流穿过装甲钢后，在射流附近0.5 m范围内，冲击波超压大于0.035 MPa；在射流附近1.0 m范围内，冲击波超压大于0.020 MPa. 依据冲击波超压对人员的损伤判定标准，表明聚能装药爆炸射流穿透后，冲击波对车内乘员具有一定损伤作用。沿射流运行方向两侧0.5 m范围内，从前向后自由场冲击波超压值逐渐减弱。端面冲击波在接近弹道下方及附近拐角处较强，远处2～3 m壁面处冲击波作用减弱。

2) 从获取的超压波形特征看，射流穿过装甲钢后，射流近区冲击波作用明显，波形干扰小，远区受壁面反射影响，波形出现多峰[10]，波形复杂，甚至出现后续反射叠加后冲击波峰值大于第1个峰值的情况,说明舱内反射波效应较强，典型波形如图6(b)所示。

图6 射流近区、远区波形对比Fig.6 Test waveform comparison of jets in near and far regions

3) 射流穿过装甲钢后，舱体振动对冲击波的影响与裸药相似，有钢质舱底时，乘员部位所测冲击波波形受舱体振动干扰波明显，由于射流侵彻装甲钢引起的振动使测试到的波形较差，典型波形如图7所示。

图7 聚能装药爆炸在有无舱底钢板条件下波形对比Fig.7 Waveforms of shaped charge explosion with and without cabin bottom

2.4 裸药舱内爆炸与聚能装药爆炸射流穿透对比

图8 裸药与聚能装药射流对比Fig.8 Jet and bare charge

从裸药舱内爆炸与聚能装药爆炸射流穿透有舱底钢板与无舱底钢板同等条件下冲击波测试波形对比看：裸药舱内爆炸冲击波超压波形较好，表明聚能装药爆炸射流穿透作用下舱内冲击波受到振动、二次破片、安装结构和方式等因素影响，造成测试超压曲线毛刺多，波形更加复杂。典型波形对比如图8所示。

从裸药内爆与聚能装药爆炸射流穿透舱壁在舱内产生的冲击波超压量值大小看，在同等距离下，聚能装药爆炸射流穿透舱体产生的冲击波超压明显比裸药爆炸冲击波超压小一个量级，二者间的等效关系可采用空气中冲击波超压计算经验公式[11]按超压量值相等关系进行等效药量拟合计算。

3 结论

1) 聚能装药爆炸射流穿透装甲钢进入模拟舱体内部后，在模拟舱体内乘员部位具有一定的冲击波毁伤作用，但受舱体振动、测试位置远近、传感器安装方式等因素影响，各点测试波形及峰值超压差异较大。

2) 与裸药在模拟装甲舱内爆炸相比，聚能装药爆炸射流作用产生的冲击波波形复杂，影响因素更多。

3) 采取无舱底钢板的模拟等效装甲舱试验方法，有利于获取更加有效的超压测试波形。

4) 在试验弹靶条件下，聚能装药爆炸射流穿透装甲钢进入模拟舱体形成的冲击波在射流附近0.5 m范围内，冲击波超压大于0.035 MPa. 其冲击波场产生原因、机理及分布规律，还需在进一步开展更多理论、试验数据量的基础上进一步研究。

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Experimental Study of Shock Wave in the Simulated Armored Cabin under the Action of Shaped Charge Jet

KE Wen1， CHEN Hua-liang1， ZHANG Zhi-wei2， MA Lin1, MEN Li-juan1， WANG Feng-dan1

(1.Test and Measuring Academy, China North Industries Group Corporation, Huayin 714200, Shaanxi, China；2.System Engineering Institute, China North Industries Group Corporation，Beijing 100089, China)

A simulated equivalent target of passenger compartment of the typical armored personnel carrier is built to investigate the damage effect of shock wave on the advanced armor target. The tests of shock wave in closed cabin were carried out in the conditions of SC static penetration and the static explosion of detonator in cabin. The results indicate that the shaped charge jet can produce a certain damage effect when penetrating the armored cabin; and the test waveforms differ greatly due to cabin vibration, test position, wall reflection and installation methods of sensors when the bulkhead is penetrated by shaped charge jet. Compared with the static explosion of bare charge in cabin, the shock waves produced by shaped charge explosion and jet penetration are more complex, therefore the effective waveform is beneficial to obtain by using the test method of removing the simulated cabin bottom.

ordnance science and technology； shaped charge jet； simulated armored cabin； shock wave

2015-11-04

国家“086”专项项目(00404020301)

柯文(1967—)，男，副研究员。E-mail: 051jddts@163.com

TJ410.6

A

1000-1093(2017)02-0407-05

10.3969/j.issn.1000-1093.2017.02.027