CN115355774A - 一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法 - Google Patents

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CN115355774A CN202210897433.6A CN202210897433A CN115355774A CN 115355774 A CN115355774 A CN 115355774A CN 202210897433 A CN202210897433 A CN 202210897433A CN 115355774 A CN115355774 A CN 115355774A
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蒲利森
徐鹏
李永喜
于立峣
刘子航
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Abstract

本发明公开了一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法，包括确定弹丸破片的飞散特性；布置试验弹丸和球形试验靶；统计区间内有效破片数；依据弹体的几何形状和弹体的起爆位置来判断弹丸破片在爆炸后的飞散情况；通过统计球形靶球面内各区间内的破片数，来计算破片的平均概率密度，通过确定误差引起的破片空间分布的不均匀性以及试验的可操作性与方便性，便于从误差的角度分析破片回收角越大越能准确体现出破片空间分布的实际情况，同时在确定试验的可操作性与方便性时，便于通过不同靶距上，不同回收角的最大球形靶高度之间的对应关系来进行综合性的判断，防止出现因球形靶太高，导致其制作困难和不便于统计破片的情况。

Description

一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法
技术领域
本发明涉及弹丸破片空间分布技术领域，具体为一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法。
背景技术
步兵榴弹是指由单兵或班组携行使用，用于对付近距离目标的榴弹，主要包括手榴弹，枪榴弹及榴弹发射器弹药等，当小口径步兵榴弹爆炸后，其弹丸破片会以一定的方向进行飞散，其在空间的分布情况是确定弹丸杀伤作用场、计算杀伤面积的重要参数，因此需要通过试验的方法来研究榴弹弹丸破片在爆炸空间内的分布情况，从而方便统计出区间内有效的破片数量，以及计算出该统计区间内破片的平均概率密度；
然而在实际试验过程中，破片的飞散情况取决于许多因素，包括弹体的几何形状、装药性质、装药的结构情况、装药形状及起爆位置，而在目前的试验中，因未考虑该影响因素，从而无法了解弹丸破片的飞散特性，进一步导致试验过程中，因此上述因素导致的试验误差而影响试验计算结果的准确性，进一步降低了该试验结果对确定弹丸杀伤作用场、计算杀伤面积的参考价值。
发明内容
本发明提供一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法，可以有效解决上述背景技术中提出因未考虑该影响因素，从而无法了解弹丸破片的飞散特性，进一步导致试验过程中，因此上述因素导致的试验误差而影响试验计算结果的准确性，进一步降低了该试验结果对确定弹丸杀伤作用场、计算杀伤面积的参考价值的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法，包括如下试验步骤：
S1、确定弹丸破片的飞散特性；
S2、布置试验弹丸和球形试验靶；
S3、统计区间内有效破片数；
在S1中，主要依据弹体的几何形状和弹体的起爆位置来判断弹丸破片在爆炸后的飞散情况；
在S2中，具体布置试验弹丸和球形试验靶的过程中，还包括球形靶半径的确定和破片回收角的确定；
在S3中，主要通过统计球形靶球面内各区间内的破片数，来计算破片的平均概率密度。
根据上述技术方案，所述S1中，确定弹丸破片的飞散特性是指在小口径步兵榴弹爆炸后，弹丸破片会以一定的方向飞散，而破片的飞散情况取决于许多因素，其中主要包括弹体的几何形状、装药性质和装药的结构情况，后者主要由装药形状及起爆位置决定。
根据上述技术方案，在S1中，假定弹体炸药的起爆位置为O，起爆后，爆轰波由起爆点以球面波向前传播，当爆轰波阵面达到A点时，该处弹体开始变形，并向C方向运动，经过时间T后，爆轰波阵面达到B点，弹体转过β角，设AB只改变方向，不改变长度，那么在等腰三角形ABC中可得：
Figure BDA0003769089090000031
则
Figure BDA0003769089090000032
式中：AB＝DT/sinα，D为爆轰波阵面速度；
假定由A至C的平均速度为Vp/2，Vp为破片初速，则
AC＝Vp.T/2
将AC，AB代入(1)式有：
Figure BDA0003769089090000033
近似取
Figure BDA0003769089090000034
则
Figure BDA0003769089090000035
通过上式可以看出，随着起爆位置和弹丸内腔形状的不同，各处的α值不同，相应的飞散角β也不同。
根据上述技术方案，所述S2中，布置试验弹丸和球形试验靶是指通过球形靶的球面包围住弹丸的方式来进行弹丸破片的空间分布试验，试验时，将弹丸固定在球形靶中心，同时使弹丸的质心与球形靶的中心重合，弹丸轴线与球形靶中心线重合，弹丸头部指向球形靶的0°角位置。
根据上述技术方案，在试验过程中，为确定球面上各处的位置，用经纬线将球面划分为许多区域，将二经线所夹的区域称为球瓣，二纬线所夹的区域称为球带，球瓣和球带的位置分别用经角ψ和纬角
Figure BDA0003769089090000047
表示；
则某微面ΔSi的位置可以用角坐标
Figure BDA0003769089090000041
表示，如果落入ΔSi内的破片数为ΔNi，则该处的破片平均密度为：
Figure BDA0003769089090000042
由于弹丸为轴对称的回转体，可以认为破片的飞散具有轴对称性，即认为破片在空间的分布规律与球瓣位置无关，因此球形靶试验时，只需设置一半圆柱形的靶，靶面上画出两条纬线在圆柱面上的投影，两者之间的区域即为球瓣，夹角Δψ为破片回收角，靶面上微元的位置仅由经角
Figure BDA0003769089090000043
表示，用ΔNi表示通过球形靶第i区域的破片数，则通过确定第i个球带的破片数Ni为：
Figure BDA0003769089090000044
球形靶得到的破片总数为：
Figure BDA0003769089090000045
式中：Z为球带数，
则第i个球带上破片分布密度为：
Figure BDA0003769089090000046
第i个球带上破片平均概率密度为：
Figure BDA0003769089090000051
根据上述技术方案，所述球形靶半径的确定主要考虑到弹丸爆炸后产生的冲击波不致于损坏靶板及爆炸产生的细小颗粒不能到达球形靶靶面；
在确定合理的球形靶半径时，通过检查靶面，观察靶面有无变形情况，以及有无爆炸产生的细小颗粒。
根据上述技术方案，所述破片回收角的确定是指在试验过程中，主要考虑以下两个方面：一是误差引起的破片空间分布的不均匀性；二是试验的可操作性与方便性。
根据上述技术方案，所述误差引起的破片空间分布的不均匀性具体指破片空间分布试验的误差情况，主要有：球形靶中心与弹丸质心不重合引起的误差，弹丸本身的不均匀性引起的空间分布不均匀性；
在具体的试验过程中，需要将球形靶中心与弹丸质心重合，由于球形靶中心确定误差和弹丸质心制造误差，二者重合实际上是达不到的，球形靶试验的出发点是破片飞散的对称性，在宏观上这一假设是满足的；
但由于弹丸的制造误差和装药微观结构的不均匀性，引起破片空间分布的不均匀性，因此，从误差的角度分析破片回收角越大越能准确体现出破片空间分布的实际情况。
根据上述技术方案，所述试验的可操作性与方便性是指试验方法的优劣不仅取决于理论上的先进性，而且也表现在可操作性与方便性上，破片回收角越大，破片拦截靶的高度越高，而球形靶太高，不仅使球形靶制作困难，而且不便于统计破片
因此，为合理的确定破片回收角，通过选取不同的破片回收角进行破片空间分布试验，从而根据试验结果来确定破片回收角。
根据上述技术方案，所述S3中，统计区间内有效破片数是指在弹丸位置和球形靶的位置布置后，并且在确定球形靶的半径和破片的回收角后，引爆弹丸，弹丸爆炸后，破片向四周飞散，并击中球面，根据球面上破片痕迹，就可得到有效破片数质量分布情况，统计球形靶球面内每个区间的有效破片数，并计算破片的平均概率密度。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、通过对弹丸破片的飞散特性进行深入的分析和了解，方便在具体试验的过程中，快速的找寻对弹丸破片飞散特性造成影响的因素，并判断该影响因素对弹丸破片飞散特性的影响，因此通过控制和掌握外界的影响因素来方便提高试验过程中的试验数据的准确性，以便后续更好的确定弹丸杀伤作用场、计算弹丸的杀伤面积；
2、在确定球形靶球面上各处的位置时，通过用经纬线将球面划分为许多区域，使二经线所夹的区域称为球瓣，二纬线所夹的区域称为球带，球瓣和球带的位置分别用经角和纬角表示，以此来方便快速的通过角坐标的确定方式来对球瓣和球带组成的微面面积进行表示，从而便于快速精确的统计对应微面区域内的破片数量，也便于更精确的计算出该微面区域内破片的平均密度；
3、通过准确的确定破片回收角的角度，以此使球形靶的制作和统计其上的弹丸破片数量时更加方便，且在确定破片回收角时，通过选取不同的破片回收角来分别进行了破片空间的分布试验，以此便于更加精确和合理的确定出破片回收角的角度，防止因破片回收角的不确定，导致对球形靶的高度造成影响，使得试验过程更加便捷；
4、在试验过程中，在确定破片回收角时，通过确定误差引起的破片空间分布的不均匀性以及试验的可操作性与方便性，从而便于从误差的角度分析破片回收角越大越能准确体现出破片空间分布的实际情况，同时在确定试验的可操作性与方便性时，便于通过不同靶距上，不同回收角的最大球形靶高度之间的对应关系来进行综合性的判断，以此来防止出现因球形靶太高，导致其制作困难和不便于统计破片的情况。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明试验方法的步骤流程图；
图2是本发明破片飞散方向的示意图；
图3是本发明破片分布球面的示意图；
图4是本发明球形靶展开的示意图；
图5是本发明弹丸破片空间分布的统计直方图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：如图1所示，本发明提供一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法技术方案，一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法，包括如下试验步骤：
S1、确定弹丸破片的飞散特性；
S2、布置试验弹丸和球形试验靶；
S3、统计区间内有效破片数；
在S1中，主要依据弹体的几何形状和弹体的起爆位置来判断弹丸破片在爆炸后的飞散情况；
在S2中，具体布置试验弹丸和球形试验靶的过程中，还包括球形靶半径的确定和破片回收角的确定；
在S3中，主要通过统计球形靶球面内各区间内的破片数，来计算破片的平均概率密度。
如图2所示，基于上述技术方案，S1中，确定弹丸破片的飞散特性是指在小口径步兵榴弹爆炸后，弹丸破片会以一定的方向飞散，而破片的飞散情况取决于许多因素，其中主要包括弹体的几何形状、装药性质和装药的结构情况，后者主要由装药形状及起爆位置决定。
基于上述技术方案，在S1中，假定弹体炸药的起爆位置为O，起爆后，爆轰波由起爆点以球面波向前传播，当爆轰波阵面达到A点时，该处弹体开始变形，并向C方向运动，经过时间T后，爆轰波阵面达到B点，弹体转过β角，设AB只改变方向，不改变长度，那么在等腰三角形ABC中可得：
Figure BDA0003769089090000091
则
Figure BDA0003769089090000092
式中：AB＝DT/sinα，D为爆轰波阵面速度；
假定由A至C的平均速度为Vp/2，Vp为破片初速，则
AC＝Vp.T/2
将AC，AB代入(1)式有：
Figure BDA0003769089090000093
近似取
Figure BDA0003769089090000094
则
Figure BDA0003769089090000095
通过上式可以看出，随着起爆位置和弹丸内腔形状的不同，各处的α值不同，相应的飞散角β也不同。
如图3所示，基于上述技术方案，S2中，布置试验弹丸和球形试验靶是指通过球形靶的球面包围住弹丸的方式来进行弹丸破片的空间分布试验，试验时，将弹丸固定在球形靶中心，同时使弹丸的质心与球形靶的中心重合，弹丸轴线与球形靶中心线重合，弹丸头部指向球形靶的0°角位置。
如图4所示，基于上述技术方案，在试验过程中，为确定球面上各处的位置，用经纬线将球面划分为许多区域，将二经线所夹的区域称为球瓣，二纬线所夹的区域称为球带，球瓣和球带的位置分别用经角ψ和纬角
Figure BDA0003769089090000101
表示；
则某微面ΔSi的位置可以用角坐标
Figure BDA0003769089090000102
表示，如果落入ΔSi内的破片数为ΔNi，则该处的破片平均密度为：
Figure BDA0003769089090000103
由于弹丸为轴对称的回转体，可以认为破片的飞散具有轴对称性，即认为破片在空间的分布规律与球瓣位置无关，因此球形靶试验时，只需设置一半圆柱形的靶，靶面上画出两条纬线在圆柱面上的投影，两者之间的区域即为球瓣，夹角Δψ为破片回收角，靶面上微元的位置仅由经角
Figure BDA0003769089090000104
表示，用ΔNi表示通过球形靶第i区域的破片数，则通过确定第i个球带的破片数Ni为：
Figure BDA0003769089090000105
球形靶得到的破片总数为：
Figure BDA0003769089090000106
式中：Z为球带数，
则第i个球带上破片分布密度为：
Figure BDA0003769089090000107
第i个球带上破片平均概率密度为：
Figure BDA0003769089090000111
基于上述技术方案，球形靶半径的确定主要考虑到弹丸爆炸后产生的冲击波不致于损坏靶板及爆炸产生的细小颗粒不能到达球形靶靶面，而不同靶距上，不同回收角的最大球形靶高度如下表所示：
Figure BDA0003769089090000112
试验结果表明，冲击波作用于建成的靶板时，当冲击波超压小于0.3kg/cm2时，靶板未被损坏，对于步兵榴弹装药量一般从几十克到一百多克，以TNT装药量300g计算，为保证球形靶靶面不被损坏，其立靶半径应大于3.6m；
因此，为了确定合理的球形靶半径，在距炸点3m、4m、5m距离上分别设置三层胶合板靶，引爆300gTNT，检查靶面；
结果表明，在3m处靶面裂开并从靶架上脱落、有爆炸产生的细小颗粒，在4m、5m处，靶面未变形、无爆炸产生的细小颗粒，因此，在建造步兵榴弹空间分布试验场时，将球形靶的半径确定为4m。
基于上述技术方案，破片回收角的确定是指在试验过程中，主要考虑以下两个方面：一是误差引起的破片空间分布的不均匀性；二是试验的可操作性与方便性。
基于上述技术方案，误差引起的破片空间分布的不均匀性具体指破片空间分布试验的误差情况，主要有：球形靶中心与弹丸质心不重合引起的误差，弹丸本身的不均匀性引起的空间分布不均匀性；
在具体的试验过程中，需要将球形靶中心与弹丸质心重合，由于球形靶中心确定误差和弹丸质心制造误差，二者重合实际上是达不到的，球形靶试验的出发点是破片飞散的对称性，在宏观上这一假设是满足的；
但由于弹丸的制造误差和装药微观结构的不均匀性，引起破片空间分布的不均匀性，因此，从误差的角度分析破片回收角越大越能准确体现出破片空间分布的实际情况。
如图5所示，基于上述技术方案，试验的可操作性与方便性是指试验方法的优劣不仅取决于理论上的先进性，而且也表现在可操作性与方便性上，破片回收角越大，破片拦截靶的高度越高，而球形靶太高，不仅使球形靶制作困难，而且不便于统计破片；
因此，为合理的确定破片回收角，通过选取不同的破片回收角进行破片空间分布试验，从而根据试验结果来确定破片回收角；
而试验结果表明：随着破片回收角增大，所得破片总数逐渐增多，破片回收角大于30°时，所得破片总数与破碎性试验得到的有效破片总数接近，在4m靶距上破片回收角等于30°时，球形靶最大高度为2.14m，对于球形靶制作和统计破片数比较方便，为此，将破片回收角确定为30°，而弹体的不同回收角的试验结果如下表所示：
Figure BDA0003769089090000131
在破片回收角为30°，靶距为4m时，该弹体的球形靶试验数据如下表所示：
Figure BDA0003769089090000132
基于上述技术方案，S3中，统计区间内有效破片数是指在弹丸位置和球形靶的位置布置后，并且在确定球形靶的半径和破片的回收角后，引爆弹丸，弹丸爆炸后，破片向四周飞散，并击中球面，根据球面上破片痕迹，就可得到有效破片数质量分布情况，而对于步兵榴弹，由于采用预制或半预制的破片，其质量分布集中，因此只需要确定有效破片的数量在空间的分布情况即可，统计球形靶球面内每个区间的有效破片数，并计算破片的平均概率密度。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法，其特征在于：包括如下试验步骤：
S1、确定弹丸破片的飞散特性；
S2、布置试验弹丸和球形试验靶；
S3、统计区间内有效破片数；
在S1中，主要依据弹体的几何形状和弹体的起爆位置来判断弹丸破片在爆炸后的飞散情况；
在S2中，具体布置试验弹丸和球形试验靶的过程中，还包括球形靶半径的确定和破片回收角的确定；
在S3中，主要通过统计球形靶球面内各区间内的破片数，来计算破片的平均概率密度。
2.根据权利要求1所述的一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法，其特征在于：所述S1中，确定弹丸破片的飞散特性是指在小口径步兵榴弹爆炸后，弹丸破片会以一定的方向飞散，而破片的飞散情况取决于许多因素，其中主要包括弹体的几何形状、装药性质和装药的结构情况，后者主要由装药形状及起爆位置决定。
3.根据权利要求2所述的一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法，其特征在于：在S1中，假定弹体炸药的起爆位置为O，起爆后，爆轰波由起爆点以球面波向前传播，当爆轰波阵面达到A点时，该处弹体开始变形，并向C方向运动，经过时间T后，爆轰波阵面达到B点，弹体转过β角，设AB只改变方向，不改变长度，那么在等腰三角形ABC中可得：
Figure FDA0003769089080000021
则
Figure FDA0003769089080000022
式中：AB＝DT/sinα，D为爆轰波阵面速度；
假定由A至C的平均速度为Vp/2，Vp为破片初速，则
AC＝Vp.T/2
将AC，AB代入(1)式有：
Figure FDA0003769089080000023
近似取
Figure FDA0003769089080000024
则
Figure FDA0003769089080000025
通过上式可以看出，随着起爆位置和弹丸内腔形状的不同，各处的α值不同，相应的飞散角β也不同。
4.根据权利要求1所述的一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法，其特征在于：所述S2中，布置试验弹丸和球形试验靶是指通过球形靶的球面包围住弹丸的方式来进行弹丸破片的空间分布试验，试验时，将弹丸固定在球形靶中心，同时使弹丸的质心与球形靶的中心重合，弹丸轴线与球形靶中心线重合，弹丸头部指向球形靶的0°角位置。
5.根据权利要求4所述的一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法，其特征在于：在试验过程中，为确定球面上各处的位置，用经纬线将球面划分为许多区域，将二经线所夹的区域称为球瓣，二纬线所夹的区域称为球带，球瓣和球带的位置分别用经角ψ和纬角
Figure FDA0003769089080000036
表示；
则某微面ΔSi的位置可以用角坐标
Figure FDA0003769089080000031
表示，如果落入ΔSi内的破片数为ΔNi，则该处的破片平均密度为：
Figure FDA0003769089080000032
由于弹丸为轴对称的回转体，可以认为破片的飞散具有轴对称性，即认为破片在空间的分布规律与球瓣位置无关，因此球形靶试验时，只需设置一半圆柱形的靶，靶面上画出两条纬线在圆柱面上的投影，两者之间的区域即为球瓣，夹角Δψ为破片回收角，靶面上微元的位置仅由经角
Figure FDA0003769089080000035
表示，用ΔNi表示通过球形靶第i区域的破片数，则通过确定第i个球带的破片数Ni为：
Figure FDA0003769089080000033
球形靶得到的破片总数为：
Figure FDA0003769089080000034
式中：Z为球带数，
则第i个球带上破片分布密度为：
Figure FDA0003769089080000041
第i个球带上破片平均概率密度为：
Figure FDA0003769089080000042
6.根据权利要求1所述的一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法，其特征在于：所述球形靶半径的确定主要考虑到弹丸爆炸后产生的冲击波不致于损坏靶板及爆炸产生的细小颗粒不能到达球形靶靶面；
在确定合理的球形靶半径时，通过检查靶面，观察靶面有无变形情况，以及有无爆炸产生的细小颗粒。
7.根据权利要求1所述的一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法，其特征在于：所述破片回收角的确定是指在试验过程中，主要考虑以下两个方面：一是误差引起的破片空间分布的不均匀性；二是试验的可操作性与方便性。
8.根据权利要求7所述的一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法，其特征在于：所述误差引起的破片空间分布的不均匀性具体指破片空间分布试验的误差情况，主要有：球形靶中心与弹丸质心不重合引起的误差，弹丸本身的不均匀性引起的空间分布不均匀性；
在具体的试验过程中，需要将球形靶中心与弹丸质心重合，由于球形靶中心确定误差和弹丸质心制造误差，二者重合实际上是达不到的，球形靶试验的出发点是破片飞散的对称性，在宏观上这一假设是满足的；
但由于弹丸的制造误差和装药微观结构的不均匀性，引起破片空间分布的不均匀性，因此，从误差的角度分析破片回收角越大越能准确体现出破片空间分布的实际情况。
9.根据权利要求7所述的一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法，其特征在于：所述试验的可操作性与方便性是指试验方法的优劣不仅取决于理论上的先进性，而且也表现在可操作性与方便性上，破片回收角越大，破片拦截靶的高度越高，而球形靶太高，不仅使球形靶制作困难，而且不便于统计破片
因此，为合理的确定破片回收角，通过选取不同的破片回收角进行破片空间分布试验，从而根据试验结果来确定破片回收角。
10.根据权利要求1所述的一种小口径步兵榴弹破片空间分布试验方法，其特征在于：所述S3中，统计区间内有效破片数是指在弹丸位置和球形靶的位置布置后，并且在确定球形靶的半径和破片的回收角后，引爆弹丸，弹丸爆炸后，破片向四周飞散，并击中球面，根据球面上破片痕迹，就可得到有效破片数质量分布情况，统计球形靶球面内每个区间的有效破片数，并计算破片的平均概率密度。
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