弹药空投和投弃落地冲击特性研究综述

常天笑，王雨时，闻 泉

(南京理工大学机械工程学院，江苏 南京 210094)

0 引言

军事领域中的空投是指通过运输机或直升机，将相关人员、物资或者装备投放至地面或水面预定区域的行动。物资和装备是提供后勤保障和持续支援的主要工具，用于空降兵或特种部队遂行军事行动[1]，该作战方式即空降作战。由于机动性和反应性好，空降作战自诞生以来一直是各类冲突和局部战争中的重要先遣力量；但空降作战面临很多问题，其中弹药补给是关键。随着武器装备的发展，空降作战频次将会大幅度增多，并且不少国家大量布置防空兵器等针对性装备，今后空降作战会非常激烈，弹药消耗将大幅增加[2]。此外，由于作战纵深广、地形复杂、空间变化快，传统的弹药补给方式很难满足要求[3]，只有空投弹药能够实现部队快速反应和远程机动[4]，因而弹药空投得到重点关注。美军开发的制导空投系统是一种低成本、高可靠性、可部署的空投系统[5]，目前美军弹药保障的空投能力已十分强大。美军空降师保障营下辖的空投装备补给连可及时将包括弹药在内的各种补给物资空投至己方伞降区域；另外，其运输直升机营也可以紧急空运弹药[6-8]。空投弹药和其他武器装备需要解决许多问题，如空投精确性、降低空投开伞过载和空投落地冲击过载等[9-11]。由于弹药意外落地冲击过大，有可能意外起爆而造成不可估量的损失，所以将空投弹药不敏感化，使其能够安全承受空投意外落地冲击极为重要。弹药投弃的关键问题也是落地冲击的安全性问题，与弹药空投类似。本文针对目前弹药空投和投弃极限冲击特性研究方法和落地冲击特性结果都比较欠缺的问题，研究了弹药空投和投弃落地冲击特性及其研究现状。

1 空投试验

1.1 空投试验方法标准

由于弹药在空投作战中的重要意义和可能存在的危险性，相关弹药在设计过程中必须进行空投试验验证。GJB 4403A—2018《常规兵器弹药包装定型试验规程》对带包装的弹药提出了明确的空投试验要求[12]。其中模拟低速降落伞坠落试验时将被试包装内单元升高到4.3 m的高塔坠落设施上，模拟9.1 m/s的坠落撞击速度(未规定落地冲击过载的最大值和脉宽范围)。此外，该标准还包括了模拟空投失效试验，目的是保证弹药在降落伞意外未打开情况下的空投落地安全性。该试验以107 m高度自由跌落等效模拟46 m/s的撞击速度，也可用加速装置将空投单元加速至46 m/s，模拟开伞失效情况下的着陆冲击。该空投试验标准并未要求给出具体空投落地冲击特性如空投落地最大过载数值和空投落地过载曲线等。尽管缺乏空投落地冲击特性数据并不会影响某次具体试验的结果和结论，但是不利于其后的理论与仿真研究以及相关产品如引信的安全性设计。

GJB 573B—2020《引信及引信零部件环境与性能试验方法》也对模拟降落伞空投试验有专门规定[13]。被试引信处于包装状态下，可单独包装，也可装在配用弹上，按试验大纲规定捆扎成空投单元，如图1所示。在低速空投模拟试验和高速空投模拟试验中，要求引信受到的撞击速度分别为8.7 m/s和27.4 m/s。在降落伞失效空投试验中，要求引信受到的落地冲击速度是45.7 m/s。失效空投试验还可采用无缓冲垫的空投单元，就是将未加任何稳定且不带缓冲垫的空投单元以24.4～30.5 m/s的速度，撞击诸如钢板和混凝土地面等硬目标，要求空投单元最容易损坏的部位先着地。该标准同样没有明确过载要求，而是检查引信是否解除保险和作用，是否能保证装卸和运输安全。

图1 GJB 573B—2020规定的引信空投单元结构Fig.1 The fuze airdrop unit provided in GJB 573B—2020

GJB 6854—2009《空降兵装备空投要求》明确规定了空投件空投着陆时应能承受的最大过载：30g(25 ms)[14]，但该标准并不仅是针对空降兵弹药，而是适用于所有空降兵装备。

空投缓冲装置也有相应的军用标准，如GJB 3228—1998《固定在货台上的空投物资的加载环境的一般要求》[15]。标准空投方法是将空投物资装在空投货台上，然后从飞机上投放[16]。空投货台与降落伞相连，主要起缓冲作用。缓冲材料有蜂窝结构的纸板或可发性聚苯乙烯泡沫塑料板。蜂窝纸板或可发性聚苯乙烯泡沫塑料板相互胶合并粘贴在空投货台上。与弹药空投有关的通用规范还有GJB 3104—1997《空投货台通用规范》[17]和 GJB 3229—1998《空投集装用具规范》[18]等。

1.2 空投落地冲击研究方法

飞行试验是研究空投落地冲击最准确、最符合实际的方法。根据空投飞机和空投系统的不同，我国规定空投时的机速范围是260～400 km/h[14]，空投高度一般是500～1 000 m[19]。飞行试验也会根据实际情况选择更高的高度。美军Screamer空投系统的有效空投高度约5 333 m[20]。2004年，美军使用C-17A运输机对Stryker机动火炮系统进行空投试验，空投高度3 000 m[21]。美军也多次使用C-17运输机和C-130运输机在457 m高度空投携带有24发弹药的M777牵引榴弹炮，随炮空投的弹药全部安全落地[22]。虽然飞行试验在各国的空投研究中都有运用，但缺点也较为明显：花费时间、费用和人力均较多[23-24]，另外空投试验还有失败的风险。1998年，美军在加利福尼亚州爱德华兹空军基地对双排空投系统平台进行测试，空投后因平台过度旋转导致一些双排空投系统毁坏[25]。而空投弹药如果失败，危险性就更大，且在研究阶段难以接受，因此模拟空投试验成了研究空投落地冲击的重要方法。这种改变从军用标准的更新中也有体现。GJB 573各版本均等效采用MIL-STD-331的某一相应版本。在已被更新的GJB 573—1990《引信环境与性能试验方法》中，引信的空投试验是外场降落伞空投试验，要求飞机在460 m高度投放引信[26]，而其后的版本GJB 573A—1998《引信环境与性能试验方法》已经变为模拟降落伞空投试验，只需模拟落地冲击速度即可[27]。现行版本GJB 573B—2020《引信及引信零部件环境与性能试验方法》与GJB 573A—1998的规定相同，仍然采用模拟降落伞空投试验方法。国外也有具体的模拟空投试验记录[28]，将一辆重约3.2 t的卡车装到安全气囊平台系统上，并从13 ft的高度坠落(自由降落)，以模拟空投着陆冲击。模拟空投试验一般是使弹药从一定高度坠落，模拟一定的落地冲击速度，但即使是模拟试验，从准备弹药和试验设备到场地安排，仍然需要不菲的人力、物力和财力。随着计算机技术的发展和仿真技术的成熟，我国开始仿真研究空投落地冲击[29-35]。美国宇航局已经开发了能对降落伞进行动力学预测的计算机仿真系统，该系统能分析从带降落伞的货物离开飞机(投出)到抵达地面期间整个系统的力和运动[36]。在仿真实验中，并非对空投物从坠落开始进行仿真，而是根据设定的冲击速度仅模拟落地冲击。文献[37]在研究铝合金空降车时总结出空投装备落地冲击的三种工况：1) 正常着陆：无横风，软地面，着速6 m/s，气囊全部工作，最大冲击加速度小于7g，作用时间约200 ms；2) 恶劣着陆：不平硬土路地面, 着速6 m/s，部分气囊工作，装备受到动态冲击加速度最大值为11.76g，作用时间约200 ms；3) 极限工况：铺面路, 着速8 m/s，部分气囊工作，最大冲击加速度接近20g，作用时间约200 ms。

此外，还可在弹药的着陆仿真实验前进行弹药的坠落仿真实验。针对研究的具体空投条件，如高度、风速和地形等，仿真得出弹药落地姿态和冲击速度，接着根据这些落地冲击条件进行空投落地冲击仿真。

1.3 弹药空投的落地冲击特性

文献[38]使用LS-DYNA软件对带包装炮弹进行空投仿真试验以得到空投弹药箱着陆响应，弹药箱与货台间采用气囊缓冲，弹药箱以6 m/s 的垂直速度着陆于软地面。仿真得引信最大冲击过载4.5g、脉宽0.16 ms，冲击过载曲线如图2所示。文献[38]认为4.5g的最大冲击过载和0.16 ms的冲击脉宽在引信的可承受范围内。

图2 空投弹药箱以6 m/s速度软着陆时的引信冲击过载仿真曲线Fig.2 The impact overload simulation curve of fuze in the airdrop ammunition box during soft landing at 6 m/s

同样是针对弹药空投问题，文献[39]使用ABAQUS软件对带火箭弹的空降火箭炮发射箱进行空投仿真实验，用以评估其安全性和方案可行性。该发射箱外形尺寸3 010 mm×1 360 mm×536 mm，重2 010 kg，如图3所示。选择其中6个壁厚3 mm的定向管及所包含的弹药进行仿真研究，定向管位置如图4所示。空投条件为无缓冲材料，落地冲击速度6 m/s。弹药最大冲击过载出现在5号管处，达972g，冲击过载脉宽约0.012 5 s。图5是箱内火箭弹空投落地冲击过载仿真曲线。冲击作用使发射箱明显变形，部分定向管的应力超过强度极限，不满足要求，应添加缓冲材料。添加了400 mm厚可挤压泡沫塑料缓冲材料后，再次进行空投仿真，此时最大落地过载出现在2号管处，达23g，冲击过载脉宽0.007 s。针对恶劣工况和极限工况也进行了空投仿真实验。恶劣工况下空投条件为落地速度6 m/s[35]，着陆于硬地面，最大落地冲击过载出现在2号弹处，达24.1g，冲击过载脉宽0.007 s。相比于正常工况，最大过载略有增加。极限工况下空投条件为落地速度8 m/s[35]，着陆于硬地面，最大落地冲击过载出现在2号弹处，达34g，冲击过载脉宽0.01 s。图6是箱内2号弹空投正常着陆时、在恶劣工况下和在极限工况下的落地冲击过载仿真曲线。

图3 122 mm口径空降火箭炮发射箱(带火箭弹)Fig.3 The airborne multiple 122 mm rocket launcher canister (with rockets)

图4 122 mm口径空降火箭炮发射箱定向管位置分布Fig.4 The position distribution of directional tube in airborne multiple 122 mm rocket launcher canister

图5 无缓冲材料下122 mm口径空降火箭炮发射箱空投落地时火箭弹冲击过载仿真曲线Fig.5 The impact overload simulation curve of the rockets in airborne multiple 122 mm rocket launcher canister when dropped to the ground without cushion material

图6 添加缓冲材料后122 mm口径空降火箭炮发射箱不同工况下空投时2号弹冲击过载仿真曲线Fig.6 The impact overload simulation curve of rocket 2 in the airborne multiple 122 mm rocket launcher canister when airdropped with cushion material under various conditions

此外，文献[39]还仿真研究了恶劣工况下倾斜着陆时的冲击。发射箱前端、后端或侧端先着陆分别称为前倾、后倾或侧倾。因发射箱重心不在几何中心，故前倾着陆、后倾着陆和侧倾着陆的结果不同。模拟前倾、后倾和侧倾的倾斜角都选为15°。最大过载均出现在2号弹处，分别为110g、115g和121g，冲击过载脉宽均约0.01 s。冲击过载曲线如图7所示。结果表明，发射箱采用缓冲材料后空投安全性大幅度提高。倾斜着陆情况下，发射箱一端接触到地面时产生一次冲击，发射箱整个底面接触到地面时会有二次冲击。二次冲击会对发射箱内弹药安全性带来不利影响。欲避免倾斜着陆，需提高伞降系统对着陆姿态的智能控制能力。

图7 添加缓冲材料后122 mm口径空降火箭炮发射箱空投倾斜着陆时火箭弹冲击过载仿真曲线Fig.7 The impact overload simulation curve of the rockets in airborne multiple 122 mm rocket launcher canister when dropped to the ground obliquely with cushion material

为了考核改进后某小口径炮弹引信的空投安全性，文献[40]使用ANSYS软件对装有该弹药的包装箱进行空投仿真实验。包装箱质量25 kg，箱体尺寸47 cm×42 cm×25 cm，无货台和缓冲材料，地面为钢板或混凝土，落地冲击速度分别为9、25和45.5 m/s。地面材料为钢时，对应不同冲击速度空投落地最大冲击过载分别为42 500、140 000和220 000g，脉宽分别为0.20、0.12和0.20 ms；地面材料为混凝土时，空投落地最大冲击过载分别为31 000、79 000和100 000g，脉宽分别为0.20、0.12和0.12 ms，冲击过载曲线如图8—图10所示。在此得出的空投最大冲击过载对应于无货台和缓冲材料的情形，并且在仿真时将弹药于弹药箱建模成一个整体，比文献[38—39]有货台和缓冲材料的高出2～4个数量级。

图8 某小口径炮弹包装箱落地冲击速度为9 m/s时的冲击加速度仿真曲线Fig.8 Simulation curve of impact acceleration of a small caliber projectile packing box when the landing impact velocity is 9 m/s

图9 某小口径炮弹包装箱落地冲击速度为25 m/s时的冲击加速度仿真曲线Fig.9 Simulation curve of impact acceleration of a small caliber projectile packing box when the landing impact velocity is 25 m/s

图10 某小口径炮弹包装箱落地冲击速度为45.5 m/s时的冲击加速度仿真曲线Fig.10 Simulation curve of impact acceleration of a small caliber projectile packing box when the landing impact velocity is 45.5 m/s

另外，实测表明，质量为80～100 kg的包装箱，空投高度400～500 m，对中等硬度的耕地和山石地，着陆时最大惯性过载为258g[40]。该冲击过载低于发射过载，空投对所研究引信的安全性和可靠性没有显著影响。

除了弹药包装箱，空投系统中的缓冲气囊也是关键。文献[41]应用LS-DYNA软件对一种采用新型着陆缓冲气囊的弹药空投系统进行了空投仿真。弹药包装尺寸2.4 m×1.2 m×0.6 m，质量2 000 kg。空投条件为弹药垂直落地，速度7 m/s。整体简化模型如图11所示，图中上半部分是弹药包装箱，中间是缓冲气囊，底部是地面。仿真所得落地冲击过载曲线如图12所示，其中最大过载8.65g，小于该弹药空投着陆最大允许过载(15g)。

图11 简化后的空投着陆缓冲系统仿真模型Fig.11 Simplified simulation model of airdrop landing cushion system

图12 空投着陆缓冲系统中弹药落地冲击惯性过载仿真曲线Fig.12 The impact overload simulation curve of the ammunition in airdrop landing cushion system when dropped to the ground

文献[42]和文献[43]则分别研究某弹药托盘集装系统和一种新型空投系统的空投效果，均未采用仿真方法，也未披露弹药落地时的冲击过载数据。

目前大部分试验设计和空投仿真研究，都假设空投物与地面是绝对的面-面接触碰撞。如果有倾斜角，碰撞过载就会发生变化，冲击脉宽也会有所增大。汇总上述各类空投试验仿真和测试数据见表1。

表1 空投试验仿真和测试数据汇总Tab.1 The data collection of airdrop simulation and test

续表1

目前弹药引信空投和投弃安全性的标准考核方法，是用飞机投放弹药，用地面发射架发射弹药或者将弹药以一定高度自由跌落。模拟仿真只是为了在飞行试验或等效模拟试验前得到落地冲击加速度、速度和应力等数据。弹药空投的标准条件是带包装，配有货台和缓冲材料。空投着地目标可粗略分为软地面与硬地面，也可据实际情况具体设置， 如钢，混凝土和耕地等。空投条件中一般给出落地冲击速度，可按文献[35]设置为6或8 m/s，也可按GJB 573B的要求设置为8.7、27.4和45.7 m/s。少数弹药空投试验条件会给出飞行高度与速度。不同弹药的包装尺寸最大相差近10倍，质量甚至可相差100倍，尺寸和质量的较大差别使得不同弹药空投落地冲击特性相差很大。缓冲材料与货台对空投冲击过载影响最大。相同空投条件下，无缓冲材料的最大过载可达到有缓冲材料的40倍以上。而既无货台也无缓冲材料的空投物，落地冲击过载可高达10 000g的量级，远远超过包含货台和缓冲材料的空投试验过载数值。倾斜姿态落地的最大冲击过载与垂直落地的最大冲击过载也有很大不同。此外，更硬的地面和更大的落地冲击速度，都会提高冲击过载，但是提高幅度最大不超过5倍。

2 投弃试验

在飞机或武器发生故障，战斗任务取消或飞行员为了着陆安全而必须卸载时，可能要向我区或友区投弃载机所配装弹药。如果投弃的弹药不安全，将会对我区和友区带来很大的危害，因此在弹药研制阶段，就要进行弹药投弃安全性试验考核。GJB 573—1990对弹药投弃试验有明确要求。GJB 573A—1998完善了投弃试验要求，而GJB 573B—2020则无变化。该部分内容与MIL-STD-331C投弃试验部分大致相同[44]。GJB 573A—1998和GJB 573B—2020规定投弃试验通过适当的飞机或地面发射架将处于保险状态的引信按规定条件投向或射向地面、水面或沙箱以考核其安全性。试验时引信安装在装有主装药的试验弹上，并将试验弹投掷到规定区域。投弃时落地冲击速度达到极限速度(自由落下的物体所受空气阻力与重力相等时的速度)。另外目标可以是地面、水面和沙箱，其中沙箱用于地面发射模拟试验，而地面是可耕地或经适当灌溉的可耕地，水域则不小于6 m深，沙箱入射面木板厚51 mm且垂直于射击方向。相对于GJB 573A—1998和GJB 573B—2020，GJB 573—1990规定的投弃高度是4 600 m或足以使弹药能接近极限速度的高度(两者取较低)。

落地冲击特性是投弃试验中引信是否被起爆的关键。试验研究投弃落地冲击规律，对引信安全性设计意义重大。目前国内对于引信投弃试验的研究处于空白，在中国知网上以弹药投弃或引信投弃为主题词或关键词未查到相关文献。投弃的外场试验与空投试验一样，需要花费大量的人力、物力和财力，且有一定的危险性。计算机仿真是比较适合的研究方法。

投弃试验与空投试验都是研究弹药从某一高度落地的冲击后效，因此可借鉴空投试验的研究方法完善投弃仿真研究，借鉴时要注意两者建模的区别。投弃试验直接投弃弹药，没有货台和缓冲材料，甚至没有包装箱，仿真模型是简化的空投试验仿真模型，与文献[45]中研究空投物资冲击过程的模型类似。文献[45]将货物和货台视为一整体，把空投系统建模为一个长方体。在落地冲击速度方面，空投仿真时可据工况直接选择冲击速度，但投弃试验要求弹药在落地前必须达到极限速度。因此投弃不同的弹药，需根据具体空投条件先进行坠落仿真，确认极限速度，而不能仅根据工况选择落地冲击速度。投弃仿真与空投仿真相同点很多，可根据空投的研究方法展开投弃仿真研究。弹药投弃试验与空投试验的差异如表2所列。

表2 弹药投弃试验与空投试验的差异Tab.2 The differences between airdrop test and jeffision test

3 与其他引信环境的对比

除了空投试验和投弃试验外，弹药和引信低加速度试验还有振动试验、震动试验和跌落试验。对比这三项试验的方法和结果，对空投试验和投弃试验有借鉴作用。

振动试验存在于各种军用装备的标准试验体系中。GJB 150.16A—2009《军用装备实验室环境试验方法·第16部分：振动试验》[46]对振动环境做了具体分类。GJB 5389.20—2005《炮射导弹试验方法·第20部分：振动试验》[47]规定使用振动台对炮射导弹进行振动试验。振动台施加的冲击加速度达39.3 m/s，约4g，低于大部分弹药正常空投的过载，与文献[28]中带弹药包装箱正常工况下的空投最大过载相近。但是振动试验以高频率、长时间地持续施加加速度，而空投试验的过载曲线一般只有一个较大的脉冲，时间也是毫秒级，因此振动试验的条件更严苛。类似的试验方法还出现于GJB 5491.18—2005《末制导炮弹试验方法·第18部分：振动试验》[48]和 GJB 573B—2020《引信及引信零部件环境与性能试验方法》中。

国内外也有许多针对弹药和引信振动的试验研究。1997年，美国人Hartman在从萨凡纳陆军基地到克雷恩陆军弹药库的运输过程中，对两辆装载了30 mm口径弹药的军用车辆进行了监控。第一辆军用货车用平板半挂车运输，运输的大多数冲击/振动小于0.5g，检测到的最高水平为1.08g。第二辆使用铁路运输，大多数冲击/振动小于1.25g，并且检测到的最高水平为3.32g[49]，这样的加速度一般小于空投试验中弹药落地冲击加速度。文献[50]在Excalibur平台上对弹药进行了振动试验，模拟了地面车辆的运输，之后继续通过仿真实验复现了此次振动试验，发现降低弹丸振动的有效方法是加紧固定带、增大界面间摩擦和使用柔软并且高阻尼的缓冲材料，但是这些改变可能使得弹丸的固有频率变化，与输入振动更加接近。空投试验中不存在持续振动的情况，故使用柔软且高阻尼的缓冲材料降低冲击的效果可能更好。文献[51]针对弹药在铁路运输中的振动问题，选择具体的某型航空弹药，建立弹药系统的振动力学模型，分析弹药包装对振动的影响。由此得出弹体的最大加速度为0.36g，显著小于空投试验的弹体加速度。文献[52]设计了运输振动模拟试验，测试某型弹体和关重件的振动加速度响应。文献[53]为了解决报废弹药公路运输的安全性问题，对不同路面和速度下运输的弹药箱进行仿真分析，得出车辆时速70 km/h，在县道或乡村公路行驶时，弹药箱响应加速度可达45.3 m/s2。文献[54]分析了舰船行驶下引信的振动环境，振动冲击加速度可达2g。以上研究中，振动的加速度一般远小于空投加速度。

震动试验的目的是考核引信或弹药在恶劣运输条件的安全性。试验使用震动台对引信进行三种方向的振动。GJB 573B—2020规定震动的冲击加速度230g±34.5g，持续时间2.0 ms±0.2 ms。震动试验的冲击加速度与如下空投试验的落地冲击加速度相近：质量为80～100 kg的包装箱，从400～500 m的高度空投到中等硬度的耕地和山石地时着陆时的最大加速度。震动试验的冲击加速度大于文献[39]中122 mm口径空降火箭炮发射箱在极限工况下的空投最大过载，脉冲宽度也与一些空投的脉冲宽度相近。震动试验还会在长时间内按照脉冲速率持续施加脉冲，这有可能使引信产生疲劳应力，因此，震动试验可能比空投试验的要求更难满足。如果空投试验的缓冲材料和货台工作效果良好，那么部分落地冲击过载较小的空投试验可以采用震动试验的方法研究，但是需要注意，由于震动试验仅要求处理安全而空投试验要求使用安全和可靠性，所以两者的结论不能够等效。GJB 797.8—1990《地雷爆破器材环境试验方法·震动试验》[55]与GJB 3196.11A—2005《枪弹试验方法·第11部分：震动试验》[56]也分别规定了地雷与枪弹的震动试验方法，与引信震动试验方法类似。

跌落试验是与空投试验最相似的试验，部分模拟空投试验就是等效跌落试验完成的。GJB 4403A—2018《常规兵器弹药包装定型试验规程》中，模拟低速降落伞坠落试验就是将被试包装内单元升高到4.3 m的高塔坠落设施上模拟9.1 m/s的撞击速度。模拟空投失效的试验中以107 m高度自由跌落等效模拟46 m/s撞击速度。在大部分的空投仿真试验当中，都是在给定落地初速下的跌落仿真[19, 22-24, 29-33, 37, 57-58]。与空投试验标准不同的是，跌落试验是给定高度而非落地速度，并且给定的高度与空投试验有所不同。GJB 5389—2005《炮射导弹试验方法》[59-62]和GJB 5491—2005《末制导炮弹试验方法》[63-66]包含的跌落高度有：0.5、1.5和3 m。引信方面则有GJB 573B—2020规定的1.5 m跌落试验和12 m跌落试验。这些跌落高度设置的目的是考核勤务处理中的意外跌落，但事实上有些已经达到空投试验的等效跌落高度。一些跌落试验的结果也显示，跌落的冲击速度可以与空投试验相近。文献[67]采用LS-DYNA软件对箱装弹药跌落过程进行仿真, 模拟跌落条件下作用于引信元器件和零部件处的冲击加速度值。弹药包装箱尺寸为437 mm ×295 mm ×98 mm，跌落高度分别为0.5和1 m。跌落高度为0.5 m时，落地冲击速度为3.13 m/s, 最大冲击过载约为950g。跌落高度为1 m时，落地冲击速度为4.43 m/s，最大冲击过载约为1 100g，达到了空投试验的最大落地冲击过载范围。文献[68]采用LS-DYNA软件分别对35、100和130 mm口径榴弹进行裸态跌落仿真实验，选择的跌落目标包括钢板、铸铁板、混凝土板、红松板、土壤层，跌落高度分别为0.7、1.5、2.1和3 m，对应落地冲击速度分别为3.71、5.42、6.42和7.67 m/s。当跌落高度达3 m时，跌落时的最大冲击速度高于空投时正常工况的落地冲击速度。35 mm口径榴弹从3 m高度跌落在混凝土地面上的最大过载可达23 480g。在跌落时落地冲击速度小于或者接近空投落地冲击速度的情况下，跌落的最大冲击过载远大于正常空投的过载，这是因为相比于空投试验，跌落试验时没有缓冲装置的缓冲。如果弹药在超过3 m的高度的跌落试验后，仍然能确保运输、装卸、贮藏和使用安全，那么一般也能满足正常空投试验的要求。另外在跌落仿真的基础上加上缓冲结构，仿真就近似于空投仿真，因此空投仿真实验可以借鉴各项跌落仿真的方法。与跌落试验类似，投弃试验时也没有缓冲结构，不同点在于投弃时弹药处于极限速度，因此投弃的落地冲击速度要大于跌落试验的落地速度。

4 分析与讨论

目前空投弹药试验方法逐渐从飞行试验向模拟空投试验和仿真实验方法转变，研究缓冲材料、货台和落地姿态等的影响，测试不同弹药和不同空投条件下的具体空投过载特性，但是空投试验的研究仍然太少。空投条件不同，数据差异很大，空投最大过载从4.5～220 000g。文献[38]中设计的空投弹药箱，在落地冲击速度6 m/s的情况下正常空投，仿真所得引信最大冲击过载仅有4.5g。文献[41]对采用新型着陆缓冲气囊的弹药包装进行了空投仿真，弹药包装重2 000 kg，落地冲击速度7 m/s的情况下弹药冲击过载是文献[38]中最大过载的2倍左右，达8.65g。针对122 mm空降火箭炮空投发射箱，文献[39]设置落地冲击速度6～8 m/s，正常空投垂直落地时火箭弹的冲击过载达23g～32g, 而倾斜落地的过载则要高出几倍，达110～121g。该发射箱非正常空投情况下火箭弹的最大冲击过载更高达972g。文献[40]针对25 kg弹药包装箱，进行了无货台和缓冲材料的失效空投仿真，以46 m/s速度落在钢板上，过载达220 000g。这些数据跨度太大，每个数据都仅有一篇或几篇文献支持，难以判断其结论是否具有普适性，也无法得到其中的变化规律。许多空投试验的标准和研究仅关注最后弹药或引信是否能满足安全性要求，而并未要求给出具体的空投过载特性。没有具体的数据做支撑，空投过载响应特性的研究就难以开展。投弃试验更是只有试验标准，没有具体的仿真或模拟试验研究成果。目前同样是考核冲击过载的振动、震动和跌落试验成果丰硕，从中可以获得借鉴，从而完善弹药空投试验和投弃试验。例如如同规定振动环境一样规定空投试验的各项条件，确定完备的空投弹药工况。

5 结束语

目前弹药空投和投弃试验标准大多没有规定得到落地冲击特性，使得后续研究缺乏数据支撑。空投与投弃的环境和工况没有详细的分类，不利于试验的标准化。在试验的设计和标准的制定中应强调数据的重要性。试验标准中可以增加对空投和投弃环境的总结与分类。

弹药空投落地冲击特性的研究，大部分针对的是垂直落地情况，但是实际上以倾斜姿态落地才是常态。文献[39]火箭弹发射箱正常空投倾斜落地过载是垂直落地时的4～5倍。倾斜姿态落地时的最大冲击过载和持续时间与垂直落地的均有很大不同。

振动试验和震动试验也得到弹药的冲击特性。振动试验的冲击加速度在4g左右，通常小于空投和投弃试验的冲击加速度，不能以振动试验的结果判断空投和投弃试验的安全性。震动试验的冲击加速度为230g±34.5g，可以达到一些空投试验的冲击过载范围，震动试验中弹药还可能产生疲劳。震动试验的结果可以对弹药的一些空投试验结论做出预估。跌落试验可以等效空投试验和投弃试验。在一些试验标准中，已经用跌落等效试验代替飞行试验。

弹药空投试验对着速和地面都有要求。标准规定带包装弹药正常空投着速为9.1 m/s, 空投异常(未开伞)着速为46 m/s。引信正常空投着速为8.7和27.4 m/s，空投异常(未开伞)着速为45.7 m/s，空投件冲击特性不高于30g/25 ms。一些试验研究中还根据着速和地面的不同划分了三种空投工况。不同弹药空投试验的落地冲击过载差别很大。有仿真结果表明25 kg弹药箱空投异常撞击钢板和混凝土地面时，冲击加速度峰值已达220 000g和100 000g。空投低发射过载引信的安全性设计和空投引信不敏感性设计要适应上述极端环境。

弹药投弃安全试验是专为航空弹药引信设定的试验。试验时将保险状态的引信配航空炸弹在极限速度条件下投向特定区域(可耕地或深度不小于6 m的水域)，要求投弃后的航空炸弹及其引信不得爆炸，引信应能满足爆炸物处理要求。估计引信在投弃落地时所受到的冲击加速度与上述空投失效所受到的冲击加速度相近。

空投作战方式将成为未来战场不可或缺的作战模式，而空投弹药作为空投作战物资保障的关键一环更是重中之重。投弃弹药作为空中作战后安全的重要保障也是意义重大。目前我国在这两方面研究还有所欠缺，得到落地冲击的过载特性规律能够使得这两项研究前进一大步，为不敏感弹药和引信的极端环境研究打下基础。