CN111649632B - 一种破片散射角测试装置及测试方法 - Google Patents

一种破片散射角测试装置及测试方法 Download PDF

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Abstract

一种防弹材料破片散射角测试装置，包括天幕靶和测试靶架，所述测试靶架包括靶板架（001）和后效靶架（002）、沿来弹方向前后布置，靶板架（001）和后效靶架（002）之间固定连接，其中靶板架（001）表面固定一个靶板固定框（007），用于固定靶板（003），后效靶架（002）上装有一个正方形的后效靶固定框（008）。本发明通过利用小孔成像原理，简单的测试方式，测试靶板加装不同材质及厚度的待测防护材料后，在100m距离，法线角0°被54式12.7mm穿甲燃烧弹击穿后的破片散射角及散射角衰减率，以及对应的待测防护材料的厚度、面密度、测试前后重量等数据，为有效评估各种防破片衬层材料对破片散射约束的能力提供了评价指标。

Description

一种破片散射角测试装置及测试方法
技术领域
本发明涉及防弹材料测试评估技术领域，具体涉及一种破片散射角测试装置及测试方法。
背景技术
轻型装甲车辆及坦克面临穿甲弹、破甲弹、大口径榴弹、反坦克导弹等先进弹药的威胁。弹药击穿车辆主体钢装甲后，钢制装甲和弹头产生破碎形成高速破片和崩落破片，并呈锥形高速前行，从而造成车辆内部大面积人员伤亡和设备损坏。目前，国内外防护领域，主要采用、芳纶、超高分子量聚乙烯等纤维增强复合材料制备防破片衬层来拦截弹丸击穿装甲后产生的破片、降低破片飞散速度及散射角度，从而实现对二次破片的有效防护。为有效评估各种防破片衬层材料对破片散射约束的能力，目前，国内并未存在完整有效的测试防破片衬层的对破片散射速度和散射角约束的能力的检测方法，因此，急需建立一种破片散射角测试方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种破片散射角测试装置。
本发明另一目的在于提供一种破片散射角测试方法。该方法可测出待测防破片材料的破片散射角和破片散射角衰减率。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种防弹材料破片散射角测试装置，包括天幕靶和测试靶架，其特征在于：所述测试靶架包括靶板架和后效靶架、沿来弹方向前后布置，靶板架和后效靶架之间固定连接，其中靶板架表面固定一个靶板固定框、用于固定靶板，后效靶架上装有一个后效靶固定框、用于固定后效靶，后效靶固定框与靶架固定框的几何中心在同一水平线上，二者之间的距离与后效靶固定框几何中心到其边缘最短距离的比大于等于1:1.5。
本发明的防弹材料破片散射角测试装置在子弹穿过靶板和后效靶后，在后效靶上形成弹孔，根据小孔成像的原理，穿过靶板时形成的破片散射到后效靶上，被后效靶捕捉，最终确定散射半径，从而计算的破片散射角。
进一步，所述后效靶外形为正方形，靶板到后效靶的距离与后效靶的边长比例为1:3～4。
更进一步，后效靶固定框宽度为43mm，后效靶中纯铝板厚度为0.8mm，聚苯乙烯泡沫板厚度为27mm，木板厚度为15mm。
进一步优选的，靶板固定框到后效靶固定框的距离为400mm，后效靶固定框的边长为1200mm。
进一步，上述测试靶固定架是由厚度为5mm的热轧钢焊接而成。
进一步，上述靶板固定框宽度为12mm，靶板固定框中装有相同轮廓尺寸的靶板，靶板是厚度为12mm的616装甲钢与待测防破片材料，用螺栓穿过前后压板将靶板固定在靶板固定框内。
装甲钢材质满足GJB1496B《装甲用28Cr2Mo、26SiMnMo和22SiMn2TiB钢板规范》相关要求，布氏硬度(HBW10/3000)硬度值为388～495，压痕直径：2.75mm～3.10mm。
进一步，所述后效靶固定框中固定有相同轮廓尺寸的后效靶，后效靶沿来弹方向依次由纯铝板、聚苯乙烯泡沫板和木板组成，木板左右两侧有宽度为20mm边框，用于固定泡沫板，后效靶整体通过上下两条扣带绕过与后效靶固定框固定在一起。
进一步，所述后效靶固定框下面两角处焊接一个带有螺孔的可移动固定片，通过螺栓穿过螺孔及后效靶架左右的条形槽固定在后效靶架上。
本发明中后后效靶依次采用纯铝板、聚苯乙烯泡沫板和木板构成，很好的克服了在射击过程中破片及子弹嵌入后效靶后，造成后效靶产生形变的问题，提高测试的精准度；同时破片穿过铝板后，可以被泡沫板及木板固定留下，不至于穿透后效靶，提高测试环境的安全性。
进一步，沿着来弹方向测试靶架置于单道枪枪口100m处，天幕靶置于枪口位置与测试靶架之间，距离枪口25m，所述弹道枪为54式12.7mm穿甲燃烧弹的弹道枪。
最具体的，一种防弹材料破片散射角测试装置，其特征在于：
沿着来弹方向依次为弹道枪、天幕靶和测试靶架，测试靶架距离单道枪枪口100m处，天幕靶置于枪口位置与测试靶架之间，距离枪口25m；其中测试靶架包括靶板架和后效靶架，均由厚度为5mm的热轧钢焊接形成，沿来弹方向前后布置，靶板架和后效靶架之间采用螺栓连接，其中靶板架表面通过螺栓固定一个靶板固定框，靶板固定框宽度为12mm，长和高分别为400mm和300mm，靶板固定框中装有靶板，靶板是厚度为12mm的616装甲钢，用螺栓穿过前后压板将靶板固定在靶板固定框内；后效靶架上装有一个后效靶固定框，后效靶固定框下面两角处焊接一个带有螺孔的可移动固定片，通过螺栓穿过螺孔及后效靶架左右的条形槽固定在后效靶架上，后效靶固定框中固定有后效靶，后效靶沿来弹方向依次由纯铝板、聚苯乙烯泡沫板和木板组成，木板左右两侧有宽度为20mm边框，用于固定泡沫板，后效靶固定框外形为边长为1200mm的正方形，宽度为43mm；安装的后效靶中纯铝板厚度为0.8mm，聚苯乙烯泡沫板厚度为27mm，木板厚度为15mm；后效靶整体通过上下两条扣带缠绕与后效靶固定框固定在一起，所述扣带为尼龙粘扣带。
采用上述一种防破片材料破片散射角测试装置的测试方法，包括预测试、测前安装、射击测试及数据处理，其特征在于：所述测前安装是将待测防护材料贴在靶板被弹面，使靶板和待测防护材料位于靶板架上的靶板固定框内，通过压板用螺栓固定，将后效靶安装在后效靶架上的后效靶固定框中，通过扣带固定；沿来弹方向依次排布弹道枪、天幕靶、靶板和后效靶，将弹道枪架到枪架上，调整枪口与靶板及后效靶中心在同一水平线上。
上述测试靶固定架是由厚度为5mm的热轧钢焊接而成，所述靶板是厚度为12mm的装甲钢。
进一步，调节天幕靶距离枪口25m处，靶板放置在距离枪口100m处，调节靶板与后效靶距离为400mm。
进一步，所述预测试是测定待测防护材料的厚度、重量、面密度，以及靶板厚度、重量并编号。
进一步，所述射击测试是将弹道枪枪口对准测试靶，在法线0°射击靶板，完成1发射击后，记录弹速V25，测试弹孔距靶板边缘距离，并在靶板、待测防护材料和后效靶板上分别标记出射击次序，测出射击后的靶板和待测防护材料的重量，在后效靶上测量出弹孔点与距离弹孔点最远的破片痕迹之间的距离，然后更换新的靶板、待测防破片材料和后效靶，进行下一次射击测试。
进一步，上述测量弹孔点与最远破片痕迹距离具体是用带有1：1尺寸刻度的透明硫酸纸覆在后效靶正面，硫酸纸圆心与弹孔点位置重合，确认距离圆心最远的破片痕迹位置，并测量出距离，该距离为破片散射角半径R。
进一步，所述数据处理是根据破片散布半径R计算破片散射角：
Figure BDA0002555072720000041
式中：
Φ：破片散射角：°；
R：破片散布半径：mm；
L：后效靶板和靶板的间距：mm。
采用对比法进行评定，即对比有无待测防护材料时散射角变化情况。待测防护材料对破片散射角降低量表征为：
Figure BDA0002555072720000042
式中：
Φ1：装有待测防护材料时的破片散射角均值；
Φ2：616装甲靶板的破片散射角均值；
ω：破片散射角衰减率。
最具体的，一种防弹材料破片散射角测试方法，其特征在于，按如下步骤进行：
步骤一：测定待测防护材料的厚度、重量、面密度，以及616装甲钢的靶板厚度、重量并编号，616装甲钢厚度为12mm，满足GJB1496B《装甲用28Cr2Mo、26SiMnMo和22SiMn2TiB钢板规范》相关要求，布氏硬度(HBW10/3000)硬度值为388～495，压痕直径：2.75mm～3.10mm；
步骤二：将待测防护材料贴在厚度为12mm的靶板被弹面，使靶板和待测防护材料位于靶板架上的靶板固定框内，通过压板用螺栓固定，将后效靶安装在后效靶架上的后效靶固定框中，通过扣带固定，调节后效靶和靶板距离，并固定后效靶固定框位置；沿来弹方向依次排布弹道枪、天幕靶、靶板和后效靶，将弹道枪架到枪架上，调整枪口与靶板及后效靶中心在同一水平线上；天幕靶距离枪口25m处，靶板放置在距离枪口100m处，调节靶板与后效靶距离为400mm，后效靶沿来弹方向依次为厚度为0.8mm纯铝板、厚度为27mm聚苯乙烯泡沫板和厚度为15mm木板组成，所述扣带为尼龙粘扣带；
步骤三：采用54式12.7mm穿甲燃烧弹的弹道枪架到枪架上，调整枪口与靶板中心在同一水平线上，在法线0°射击靶板，完成1发射击后，记录弹速V25，测试弹孔距靶板边缘距离，并在靶板、待测防护材料和后效靶板上分别标记出射击次序，测出射击后的靶板和待测防护材料的重量，更换新的靶板、待测防护材料和后效靶，进行下一次射击测试；
步骤四：用带有1：1尺寸刻度的透明硫酸纸覆在后效靶正面，硫酸纸圆心与弹孔点位置重合，确认距离圆心最远的破片痕迹位置，并测量出距离，该距离为破片散射角半径R，计算出
Figure BDA0002555072720000061
式中：
Φ：破片散射角(°)；
R：破片散布半径(mm)；
L：后效靶板和靶板的间距(mm)；
对比有无待测防护材料时破片散射角变化情况，经同样检测方法，测出无待测防护材料时，破片散射角均值，待测防护材料对破片散射角降低量表征为：
Figure BDA0002555072720000062
式中：
Φ1：装有待测防护材料时测出的破片散射角均值；
Φ2：没有待测防护材料时的破片散射角均值；
ω：破片散射角衰减率。
本发明具有如下技术效果：
本发明首次提出检测破片散射角及防护材料散射角衰减率的方法，通过简单的测试方式，利用小孔成像原理，准确测试出不同材质防护材料在100m距离，法线角0°被54式12.7mm穿甲燃烧弹击穿后的破片散射角及散射角衰减率，以及对应的待测防护材料的厚度、面密度、测试前后重量等数据的比较，为有效评估各种防破片材料对破片散射约束的能力提供了评价指标。
附图说明
图1：本发明靶架完整安装结构图。
其中001-靶板架、002-后效靶架、003-靶板、004-后效靶、005-压板、006-扣带、007-靶板固定框、008-后效靶固定框、009-可移动固定片。
图2：本发明测试前整体装置安装示意图。
图3：本发明中后效靶结构示意图。
图4：本发明采用硫酸纸测量散射角半径R示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
一种防弹材料破片散射角测试装置，沿着来弹方向依次为弹道枪、天幕靶和测试靶架，测试靶架距离单道枪枪口100m处，天幕靶置于枪口位置与测试靶架之间，距离枪口25m；其中测试靶架包括靶板架001和后效靶架002，均由厚度为5mm的热轧钢焊接形成，沿来弹方向前后布置，靶板架001和后效靶架002之间采用螺栓连接，其中靶板架001表面通过螺栓固定一个靶板固定框007，靶板固定框宽度为12mm，长和高分别为400mm和300mm，靶板固定框中装有靶板003，靶板003是厚度为12mm的616装甲钢，用螺栓穿过前后压板005将靶板003固定在靶板固定框内007；后效靶架002上装有一个后效靶固定框008，后效靶固定框008下面两角处焊接一个带有螺孔的可移动固定片009，通过螺栓穿过螺孔及后效靶架002左右的条形槽固定在后效靶架002上，后效靶固定框008外形为边长为1200mm的正方形，宽度为43mm；后效靶固定框008中固定有后效靶004，后效靶004沿来弹方向依次由纯铝板、聚苯乙烯泡沫板和木板组成，木板左右两侧有宽度为20mm边框，用于固定泡沫板，安装的后效靶004中纯铝板厚度为0.8mm，聚苯乙烯泡沫板厚度为27mm，木板厚度为15mm；后效靶004整体通过上下两条扣带006缠绕与后效靶固定框008固定在一起。
本领域所使用的装甲钢破片散射角一般在100°左右。
上述防弹材料破片散射角测试装置的方法，按如下方法进行：
步骤一：测定待测防护材料1的厚度、重量、面密度，以及616装甲钢做的靶板003厚度、重量并编号，616装甲钢厚度为12mm，长和宽分别为400mm和300mm，满足GJB1496B《装甲用28Cr2Mo、26SiMnMo和22SiMn2TiB钢板规范》相关要求，布氏硬度(HBW10/3000)硬度值为388～495，压痕直径：2.75mm～3.10mm；
步骤二：将待测防护材料贴在厚度为12mm的616装甲靶板004被弹面，使靶板004和待测防护材料1位于靶板架001上的靶板固定框007内，通过压板005用螺栓固定，将后效靶004安装在后效靶架002上的后效靶固定框008中，通过扣带006固定，调节后效靶004和靶板003的距离，并固定后效靶固定框008位置；沿来弹方向依次排布弹道枪、天幕靶、靶板003和后效靶004，将弹道枪架到枪架上，调整枪口与靶板003及后效靶004中心在同一水平线上；天幕靶距离枪口25m处，靶板003放置在距离枪口100m处，调节靶板003与后效靶004距离为400mm，后效靶004沿来弹方向依次为厚度为0.8mm纯铝板、厚度为27mm聚苯乙烯泡沫板和厚度为15mm木板组成；
步骤三：采用54式12.7mm穿甲燃烧弹的弹道枪架到枪架上，调整枪口与靶板003中心在同一水平线上，在法线0°射击靶板003，完成1发射击后，记录弹速V25，测试弹孔距靶板003边缘距离，并在靶板003、待测防护材料1和后效靶004上分别标记出射击次序，测出射击后的靶板003和待测防护材料的重量，更换新的靶板003、待测防护材料1和后效靶004，进行下一次射击测试；
步骤四：用带有1：1尺寸刻度的透明硫酸纸覆在后效靶004正面，硫酸纸圆心与弹孔点位置重合，确认距离圆心最远的破片痕迹位置，并测量出距离，该距离为破片散射角半径R，计算出
Figure BDA0002555072720000081
式中：
Φ：破片散射角(°)；
R：破片散布半径(mm)；
L：后效靶板和靶板003的间距(mm)。
本实施例射击测试，统计及计算结果如表1所示。
表1：
Figure BDA0002555072720000091
可知，在第3次重复射击中，由于弹孔距靶板最小距离为43mm，判定为无效射击，本实施例中装有待测防护材料后，破片散射角均值为49°。
采用对比法进行评定，即对比有无待测防护材料1时破片散射角变化情况，经同样检测方法，测出无待测防护材料1时，破片散射角均值为111.8°，待测防护材料对破片散射角降低量表征为：
Figure BDA0002555072720000092
式中：
Φ1：装有待测防护材料时测出的破片散射角均值；
Φ2：没有待测防护材料时的破片散射角均值；
ω：破片散射角衰减率。
结果有效数字保留小数点后2位，本实施例中测得破片散射衰减率为0.58。
实施例2
与实施例1中相同方法测出，待测防护材料2的散射角均值为36.6°，无任何防护材料时破片散射角为111.8°，计算得破片散射衰减率为0.67。
实施例3
与实施例1中相同方法测出，待测防护材料3的散射角均值为33.9°，无任何防护材料时破片散射角为111.8°，计算得破片散射衰减率为0.70。
从实施例1、2和3可知，实施例3中测出待测防护材料1的破片散射角为33.9°，破片散射角衰减率为0.70，为三个实施例中片破片散射角最小、破片散射衰减率最大，再结合测试出的防护材料的厚度、面密度、射击前后重量差来综合判断其性能，通过不同材质的防护材料的破片散射角及破片散射角衰减率的比较来防护材料的性能优异性。

Claims (3)

1.一种防弹材料破片散射角测试装置的测试方法，所述防弹材料破片散射角测试装置的测试方法，包括预测试、测前安装、射击测试及数据处理，其特征在于：使用了防弹材料破片散射角测试装置进行测试，所述装置包括天幕靶和测试靶架，所述测试靶架包括靶板架(001)和后效靶架(002)、沿来弹方向前后布置，靶板架(001)和后效靶架(002)之间固定连接，其中靶板架表面固定一个靶板固定框(007)，后效靶架(002)上装有一个后效靶固定框(008)，用于固定后效靶(004)，后效靶固定框(008)与靶板固定框(007)的几何中心在同一水平线上，二者之间的距离与后效靶固定框(008)的几何中心到其边缘最短距离的比大于等于1:1.5；所述后效靶(004)外形为正方形，靶板(003)到后效靶(004)的距离与后效靶(004)的边长比例为1:3～4；所述靶板固定框(007)的宽度为12mm，靶板固定框(007)中装有相同轮廓尺寸的靶板(003)，靶板(003)是厚度为12mm的616装甲钢，用螺栓穿过前后压板将靶板(003)固定在靶板固定框(007)内；所述后效靶固定框(008)下面两角处焊接一个带有螺孔的可移动固定片(009)，通过螺栓穿过螺孔及后效靶架(002)左右的条形槽固定在后效靶架(002)上，所述后效靶固定框(008)中固定有相同轮廓尺寸的后效靶(004)，后效靶(004)沿来弹方向依次由纯铝板、聚苯乙烯泡沫板和木板组成，木板左右两侧有宽度为20mm边框，用于固定泡沫板，后效靶(004)整体通过上下两条扣带(006)缠绕与后效靶固定框(008)固定在一起；沿着来弹方向依次为弹道枪、天幕靶和测试靶架，测试靶架位于距离弹道枪枪口100m处，天幕靶置于枪口位置与测试靶架之间，距离枪口25m；其中测试靶架均由厚度为5mm的热轧钢焊接形成，靶板架(001)和后效靶架(002)之间采用螺栓连接，其中靶板架(001)表面通过螺栓固定一个靶板固定框(007)，靶板固定框(007)宽度为12mm，长和高分别为400mm和300mm，后效靶固定框(008)外形为边长为1200mm的正方形，宽度为43mm；安装的后效靶(004)中纯铝板厚度为0.8mm，聚苯乙烯泡沫板厚度为27mm，木板厚度为15mm；所述测前安装是将待测防护材料贴在靶板(003)被弹面，使靶板(003)和待测防护材料位于靶板架(001)上的靶板固定框(007)内，通过压板(005)用螺栓固定，将后效靶(004)安装在后效靶架(002)上的后效靶固定框(008)中，通过扣带(006)固定；沿来弹方向依次排布弹道枪、天幕靶、靶板(003)和后效靶(004)，将弹道枪架到枪架上，调整枪口与靶板(003)及后效靶(004)中心在同一水平线上；天幕靶距离枪口25m处，靶板(003)放置在距离枪口100m处，调节靶板(003)与后效靶(004)的距离为400mm，所述射击测试是将弹道枪枪口对准靶板(003)，在法线0°射击靶板(003)，完成1发射击后，记录弹速V25，测试弹孔距靶板(003)边缘距离，并在靶板(003)、待测防护材料和后效靶(004)上分别标记出射击次序，测出射击后的靶板(003)和待测防护材料的重量，在后效靶(004)上测量出弹孔点与距离弹孔点最远的破片痕迹之间的距离，然后更换新的靶板(003)、待测防护材料和后效靶(004)，进行下一次射击测试；所述在后效靶(004)上测量出弹孔点与距离弹孔点最远的破片痕迹之间的距离具体是用带有1：1尺寸刻度的透明硫酸纸覆在后效靶(004)迎弹面，硫酸纸圆心与弹孔点位置重合，确认距离圆心最远的破片痕迹位置，并测量出距离，该距离为破片散布半径R。
2.如权利要求1所述的一种防弹材料破片散射角测试装置的测试方法，其特征在于：所述数据处理是根据破片散布半径R计算破片散射角：
Figure FDA0003657010750000021
式中：
Φ：破片散射角(°)；
R：破片散布半径(mm)；
L：后效靶板和靶板(003)的间距(mm)；
采用对比法进行评定，即对比有无待测防护材料时散射角变化情况，待测防护材料对破片散射角降低量表征为：
Figure FDA0003657010750000022
式中：
Φ1：装有待测防护材料时的破片散射角均值；
Φ2：没有待测防护材料时的破片散射角均值；
ω：破片散射角衰减率。
3.一种防弹材料破片散射角测试装置的测试方法，其特征在于，按如下步骤进行：
步骤一：测定待测防护材料的厚度、重量、面密度，以及616装甲钢做的靶板(003)的厚度、重量并编号，616装甲钢厚度为12mm，满足GJB1496B《装甲用28Cr2Mo、26SiMnMo和22SiMn2TiB钢板规范》相关要求，布氏硬度(HBW10/3000)硬度值为388～495，压痕直径：2.75mm～3.10mm；
步骤二：将待测防护材料贴在厚度为12mm的靶板(003)被弹面，使靶板(003)和待测防护材料位于靶板架(001)上的靶板固定框(007)内，通过压板(005)用螺栓固定，将后效靶(004)安装在后效靶架(002)上的后效靶固定框(008)中，通过扣带(006)固定，调节后效靶(004)和靶板(003)的距离，并固定后效靶固定框(008)位置；沿来弹方向依次排布弹道枪、天幕靶、靶板(003)和后效靶(004)，将弹道枪架到枪架上，调整枪口与靶板(003)及后效靶(004)的中心在同一水平线上；天幕靶距离枪口25m处，靶板(003)放置在距离枪口100m处，调节靶板(003)与后效靶(004)距离为400mm，后效靶(004)沿来弹方向依次为厚度为0.8mm纯铝板、厚度为27mm聚苯乙烯泡沫板和厚度为15mm木板组成；
步骤三：采用54式12.7mm穿甲燃烧弹的弹道枪架到枪架上，调整枪口与靶板(003)中心在同一水平线上，在法线0°射击靶板(003)，完成1发射击后，记录弹速V25，测试弹孔距靶板(003)边缘距离，并在靶板(003)、待测防护材料和后效靶(004)上分别标记出射击次序，测出射击后的靶板(003)和待测防护材料的重量，更换新的靶板(003)、待测防护材料和后效靶(004)，进行下一次射击测试；
步骤四：用带有1：1尺寸刻度的透明硫酸纸覆在后效靶正面，硫酸纸圆心与弹孔点位置重合，确认距离圆心最远的破片痕迹位置，并测量出距离，该距离为破片散布半径R，计算出
Figure FDA0003657010750000041
式中：
Φ：破片散射角(°)；
R：破片散布半径(mm)；
L：后效靶板和靶板(003)的间距(mm)；
对比有无待测防护材料时破片散射角变化情况，经同样检测方法，测出无待测防护材料时，破片散射角均值，待测防护材料对破片散射角降低量表征为：
Figure FDA0003657010750000042
式中：
Φ1：装有待测防护材料时测出的破片散射角均值；
Φ2：没有待测防护材料时的破片散射角均值；
ω：破片散射角衰减率。
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