常敬臻，盧永剛，周 巖，梁 斌

（中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所，四川綿陽(yáng) 621900）

0 引言

磚墻作為一種常用的建筑材料，廣泛應(yīng)用于民用和軍事建筑。隨著國(guó)際反恐形式的增加，如何破除建筑物外墻，順利進(jìn)入建筑物以便解救人質(zhì)和打擊敵人，成為攻堅(jiān)戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)的研究重點(diǎn)。目前，通常采用內(nèi)爆、侵徹／擊潰兩種思路開(kāi)展武器設(shè)計(jì)。在內(nèi)爆條件下，巖石、混凝土和磚墻等非均勻材料的破壞是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。在過(guò)去幾十年里，針對(duì)混凝土和巖石目標(biāo)內(nèi)爆破壞機(jī)理開(kāi)展了大量的試驗(yàn)和理論研究［1－2］。而磚墻由磚砌體和砂漿組成，相比混凝土和巖石目標(biāo)，磚墻具備更加強(qiáng)烈的離散性，對(duì)其在內(nèi)爆條件下破壞形式和毀傷機(jī)理尚不十分明確。

文中通過(guò)開(kāi)展磚墻目標(biāo)內(nèi)爆試驗(yàn)，探索了裸藥、鋁合金殼體裝藥和PPR（無(wú)規(guī)共聚聚丙烯管）殼體裝藥條件下對(duì)磚墻的內(nèi)爆毀傷效應(yīng)，從藥量和殼體材料對(duì)磚墻目標(biāo)的毀傷效應(yīng)影響因素進(jìn)行了初步分析。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 裝藥件

裝藥件分為裸藥試驗(yàn)件、鋁合金殼體試驗(yàn)件和PPR殼體試驗(yàn)件三種，圖1為三種裝藥試驗(yàn)件簡(jiǎn)圖。試驗(yàn)件的裝藥直徑均為Φ40mm，根據(jù)藥量的不同，試驗(yàn)件裝藥長(zhǎng)度為77～116mm（不含雷管座），裝藥類型為鈍化黑索今（主要成分為環(huán)三甲基三硝胺，內(nèi)加添加劑使其具備良好的安定性），滿足GJB296A－1995《黑索今規(guī)范》要求，裝藥密度為1650kg／m3。采用壓裝的方式將裝藥壓制成圓柱塊，藥塊與藥塊之間通過(guò)蟲膠漆粘接，采用膠帶包裹固定，形成裸藥試驗(yàn)件；或?qū)⒄辰雍玫乃幹湃脘X合金或PPR殼體內(nèi)，形成帶殼試驗(yàn)件。通過(guò)在試驗(yàn)件尾部安裝雷管座，插入雷管起爆。

為模擬真實(shí)戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)，減少端部泄壓對(duì)起爆后毀傷威力的影響，在采用鋁合金殼體和PPR殼體進(jìn)行裝藥時(shí)，分別設(shè)計(jì)了平頭彈頭和尖卵形彈頭，采用粘接的方式固定在殼體上。

圖1 裝藥試驗(yàn)件

1.2 目標(biāo)磚墻

目標(biāo)磚墻中心區(qū)域厚度為370mm，采用普通燒結(jié)磚作為砌體和標(biāo)號(hào)為M5的水泥砂漿堆砌、自然風(fēng)干制成。磚砌體尺寸為240mm×114mm×53mm，密度1700kg／m3，標(biāo)號(hào) MU25（設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度25MPa），符合GB5101－2003《普通燒結(jié)磚》相關(guān)要求。水泥砂漿設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為5MPa，配合比為水泥∶砂∶水＝200∶1500∶280，粗骨料為中砂（最大粒徑0.5mm），水泥為標(biāo)號(hào)32.5的普通硅酸鹽水泥，建造時(shí)涂抹砂漿厚度不大于5mm。

磚墻分為兩類：一類外表涂抹水泥砂漿，稱為“三七墻”（圖2（a））；另一類外表未作任何處理，稱為“三七裸墻”（圖2（b）），按照 GBJ203－1983《磚石工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行建造和驗(yàn)收。兩類目標(biāo)墻均在主墻體四周采用磚垛的方式對(duì)其約束。

圖2 目標(biāo)磚墻

1.3 試驗(yàn)布置

試驗(yàn)前采用預(yù)制孔洞的方式在磚墻上開(kāi)孔，開(kāi)孔尺寸與試驗(yàn)件外徑相當(dāng)，開(kāi)孔深度為磚墻厚度的2／3（約為250mm）。試驗(yàn)時(shí)插上雷管，將試驗(yàn)件放置于預(yù)制孔洞內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)共進(jìn)行8發(fā)，通過(guò)靜爆試驗(yàn)獲得了不同藥量及殼體材料裝藥條件下對(duì)磚墻的開(kāi)孔效應(yīng)（圖3），測(cè)試獲得了磚墻的開(kāi)孔尺寸。

圖3 試驗(yàn)件開(kāi)孔效果

表1中給出了試驗(yàn)件的裝藥尺寸、試驗(yàn)安排及試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)件端部距墻體背面約120mm，試驗(yàn)件處于磚墻中心位置，雷管（起爆點(diǎn)）位于試驗(yàn)件尾部。8發(fā)試驗(yàn)件的藥量范圍為160～240g，除2＃和5＃試驗(yàn)中由于內(nèi)爆導(dǎo)致目標(biāo)墻部分坍塌外，其余6發(fā)試驗(yàn)件對(duì)目標(biāo)墻的破壞均保持了目標(biāo)墻的完整性。

表1 采用鈍化黑索今裝藥的試驗(yàn)安排及試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，藥量是影響磚墻目標(biāo)毀傷效果的首要因素，相同殼體材料及目標(biāo)墻條件下，隨著藥量的增加，目標(biāo)墻的開(kāi)孔尺寸增大。而殼體材料是影響毀傷效果的另一重要因素，試驗(yàn)中對(duì)比了三種不同殼體裝藥狀態(tài)下的靜爆威力，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，鋁合金殼體裝藥件的靜爆威力小于裸藥和PPR殼體裝藥件靜爆威力。分析認(rèn)為，由于靜爆過(guò)程中鋁合金殼體對(duì)爆炸產(chǎn)生的沖擊波存在較強(qiáng)的徑向約束，導(dǎo)致沖擊波沿軸向泄漏，周向沖擊波對(duì)墻體作用相比裸藥試驗(yàn)件靜爆效應(yīng)降低，導(dǎo)致爆腔減小，造成鋁合金殼體裝藥件對(duì)目標(biāo)墻的靜爆毀傷效應(yīng)較裸藥毀傷效果差。

從爆炸產(chǎn)生的作用機(jī)理來(lái)看，在爆炸產(chǎn)物作用下，目標(biāo)的破壞是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。磚墻、巖石等非均勻目標(biāo)裝藥內(nèi)爆時(shí)，材料的破裂、破碎及拋擲是爆炸應(yīng)力波和爆生氣體混合作用的結(jié)果，即爆破能量是通過(guò)沖擊波和爆生氣體傳遞給目標(biāo)的，前者主要消耗在爆腔的初始擴(kuò)張，引起目標(biāo)彈性變形，形成粉碎區(qū)和產(chǎn)生裂隙；后者則主要用于擴(kuò)大爆腔、延伸裂隙和拋擲目標(biāo)。

爆轟波和高溫高壓爆生氣體產(chǎn)物撞擊孔壁在炮孔周圍激起徑向傳播的爆炸沖擊波，具備很強(qiáng)的沖量和很高的能量，受其沖擊壓縮作用，目標(biāo)極度粉碎而形成爆孔周圍的粉碎區(qū)；同時(shí)孔壁材料發(fā)生徑向外移，爆腔擴(kuò)大。沖擊波由于對(duì)目標(biāo)做功，傳播過(guò)程中衰減很快，作用范圍不大，但對(duì)目標(biāo)的破壞程度卻非常大，消耗的爆炸能比例也相當(dāng)高。

采用PPR殼體制成試驗(yàn)件毀傷威力優(yōu)于鋁合金殼體試驗(yàn)件，其主要原因也是因?yàn)镻PR殼體對(duì)爆炸產(chǎn)生的徑向約束較小，爆轟波在徑向和軸向?qū)δ繕?biāo)的毀傷作用相當(dāng)，爆腔增大。

對(duì)比1＃和3＃試驗(yàn)結(jié)果，兩者藥量及裝藥狀態(tài)均相同，對(duì)不同的目標(biāo)墻毀傷結(jié)果存在較大差異。分析認(rèn)為目標(biāo)墻涂抹水泥砂漿后，水泥砂漿墻皮對(duì)墻體破壞存在約束，一定程度上限制其破壞，爆炸產(chǎn)生的爆轟能量相當(dāng)一部分作用在破壞水泥砂漿墻皮上，導(dǎo)致與裸墻的破壞效果存在差異。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)開(kāi)展不同殼體材料裝藥條件下對(duì)磚墻目標(biāo)的內(nèi)爆試驗(yàn)，驗(yàn)證了炸藥藥量、殼體材料對(duì)磚墻毀傷威力的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，藥量是影響毀傷效應(yīng)的首要因素，而涂抹水泥砂漿的目標(biāo)墻體與裸墻毀傷效應(yīng)存在差異，認(rèn)為水泥砂漿墻皮消耗了爆炸產(chǎn)生的爆轟能量，限制了對(duì)目標(biāo)墻的破壞。

此外，試驗(yàn)表明殼體材料對(duì)爆轟波的徑向傳播影響較大，鋁合金殼體對(duì)爆炸產(chǎn)生的沖擊波存在較強(qiáng)的徑向約束，導(dǎo)致周向沖擊波對(duì)墻體作用相比裸藥和PPR殼體材料裝藥件毀傷效應(yīng)降低，導(dǎo)致爆腔減小、毀傷效果減弱，建議在開(kāi)展工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)關(guān)注選取合適的殼體材料以達(dá)到較好的毀傷效應(yīng)。

文中主要針對(duì)靜態(tài)條件下磚墻目標(biāo)內(nèi)爆毀傷效應(yīng)進(jìn)行了初步討論，而實(shí)戰(zhàn)時(shí)戰(zhàn)斗部多按照動(dòng)態(tài)侵徹、內(nèi)爆的作用時(shí)序工作，建議在開(kāi)展武器終點(diǎn)彈道設(shè)計(jì)時(shí)除了對(duì)戰(zhàn)斗部本身的毀傷效能進(jìn)行研究外，應(yīng)盡可能使戰(zhàn)斗部位于目標(biāo)中心位置起爆，使其達(dá)到最優(yōu)毀傷效果。

［1］武海軍，黃風(fēng)雷，付躍升，等.鋼筋混凝土中爆炸破壞效應(yīng)數(shù)值模擬分析［J］.北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，27（3）：200－204.

［2］吳亮，盧文波，宗琦.巖石中柱狀裝藥爆炸能量分布［J］.巖土力學(xué)，2006，27（5）：735－739.