2018-3-103实尺度舰船舱内炮弹静爆试验方法

energy is greater than the plastic deformation energy arising from the bending.［Conclusions］This paper
作者简介： 杜志鹏 （通信作者） ， 男， 1977 年生， 博士， 高级工程师。研究方向： 舰艇爆炸冲击与防护。 张磊， 男， 1972 年生， 博士， 高级工程师。研究方向： 舰艇爆炸冲击与防护。 赵鹏铎， 男， 1983 年生， 博士， 工程师。研究方向： 舰艇爆炸冲击与防护。
0.72
（1）
原型的相同。强纵桁、 强横梁、 强肋骨、 强扶强材 在炮弹舱内爆炸载荷作用下自身变形较小， 对整 体强度起主要支撑作用， 因此模型应与原型相同。 2）模型普通构件设计。 普通的纵骨、 肋骨和扶强材强度较低， 在爆炸 载荷作用下与板一起变形， 故可以简化等效为强度 相同的平板。但这些加筋材有一定的止裂功能， 因 而在可能产生破口、 裂纹的部位应与原型的相同。 3）对焊接的要求。 焊接形式对船体结构抗爆强度的影响显著。 根据劳氏军船规范， 结构抗爆强度采用填角焊焊 接的高度为 2.5 m 、 厚度为 4 mm 的钢板作为标准 值 R 4N 。而不同的板架强度换算公式为［11］
［Results］ Three failure modes，i.e. partial petal crevasse （Ⅰ） ，boundary shear fracture （Ⅱ） and large mode Ⅰ are given：the explosion distance is one fourth less than the width of the plate，and the explosion
验方法［10］ 》 等。上述标准都是从战斗部威力的角
1.1
爆
源
为测试舰船舱室结构抗炮弹爆炸的性能， 应 首选采用与其抗爆指标接近的实弹作为爆源。我 国现有炮弹的威力与指标可能存在差别，通过计 算对比， 对 爆 源 当 量 的 误 差 宜 控 制 在 10% 以 内 。 以下是具体的分析过程。 舰船抗爆性能试验采用的爆源应能较好地反 映敌方炮弹爆炸攻击的模式和威力。炮弹在舱内 爆炸主要产生 3 种载荷： 冲击波超压、 准静态超压 和破片。相比于导弹和炸弹，炮弹装药量较小， 威力有限。此外，爆炸破片对结构主要产生厘米 级的小穿孔， 主要对设备人员造成杀伤， 基本不会 影响整个舱室结构的强度； 冲击波峰值高但持续 时间短， 主要产生初期的局部花瓣破口和板架边 界撕裂， 对整个舱室结构强度的破坏起次要作用； 爆炸冲击波过后的爆轰产物在密闭的舱室空间内 不断积聚， 形成准静态超压， 该超压虽然幅值较 低， 但持续时间较长， 作用面积大， 对整个舱室结 构强度产生主要影响。因此， 进行抗爆校核评估 时，应以准静态超压载荷作为爆源威力的主要指 标， 以冲击波超压载荷作为次要参考指标。 英国劳氏军船规范［11］对于内部爆炸主要考核 准静态超压对舱壁的破坏效应， 目的是限制爆炸 损伤扩展到毗邻的舱室。该规范认为， “ 冲击波和 准静态超压都会造成结构失效。一般来说， 若武 器具有足够的当量通过冲击波造成损伤， 则其也 会在准静态超压下受到损伤。故对于一般的设 计， 可以采用准静态超压作为失效载荷的判据。 ” 根据劳氏军船规范， 准 静 态 超 压 P qs（单 位 ： MPa） 可通过式 （1） 计算［11］。
1
试验方法
战斗部静爆试验方法已有较成熟的标准， 如
［9］ GJB 5232.X-2004 《战术导弹战斗部靶场试验方法 》 、
GJB 6390.X-2008 《面杀伤导弹战斗部静爆威力试 度给出的试验方法，对于从舰船损伤角度开展的 试验， 其试验流程和测量方法基本相同， 主要是在 上述试验方法的基础上进一步对爆源、 舱室结构 模型、 设备模型、 人体模型等进行分析， 以提出适 合的设计和制作方法。
design requirements for the explosion source，cabin structure，equipment and mannequins are put forward. deformation of grillage structure（ Ⅲ ），and their criteria are obtained. However，the criteria for failure expands research into the failure modes of rectangular grillage structures under the effect of explosion deformation，enabling it to provide valuable references for the anti-explosion evaluation and protection design of ships. Key words： projectile static explosion； warship cabin； damage characteristics； test method
Test method for static explosion of naval artillery shell in full-scale warship cabin
Naval Research Academy， Beijing 100161， China ship's cabin subjected to explosion by naval gun attack，and gain a better model of the damage effects of a the static explosion of a projectile in a full-scale warship cabin are carried out，and the processing method Abstract： ［Objectives］The aim of this paper is to address the equivalence of damage characteristics in a DU Zhipeng， ZHANG Lei， ZHAO Pengduo
第 13 卷 第 3 期 第2018 3期 年6月
中 国 舰 船 研 究 Chinese Journal of Ship Research
Vol.13 No.3 Jun. 2018
引用格式： 杜志鹏， 张磊， 赵鹏铎 . 实尺度舰船舱内炮弹静爆试验方法 ［J］ . 中国舰船研究， 2018， 13 （3） ： 103-109. DU Z P， ZHANG L， ZHAO P D. Test method for static explosion of naval artillery shell in full-scale warship cabin ［J］ . Chinese Journal of Ship Research， 2018， 13 （3） ： 103-109.
第3期
杜志鹏等： 实尺度舰船舱内炮弹静爆试验方法
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W e 为等效 TNT 当量， V 为舱室体积， 式中： kg； m3。
~100 m2， 按 照 2.5 m 层 高、75% 空 间 率 计 算 ， 舱室 对于典型驱护舰， 水线以上舱室的面积为 16
æW ö P qs = 2.25ç e ÷ èV ø
实尺度舰船舱内炮弹静爆试验方法
杜志鹏， 张磊， 赵鹏铎
海军研究院， 北京 100161
摘 要： ［目的］为提高舰船在舰炮攻击下舱室损伤特性的等效性， 更好地反映实船舱内炮弹爆炸对船体结构、
设备和人员的毁伤特性， ［方法］采用实船舱室模型进行炮弹舱内静爆试验， 以得到舱内静爆冲击波的超压、 准 静态超压、 结构应变等数据处理方法， 最终得到实验爆源、 舱室结构、 设备和人体模型的简化方法及设计制作要 伤模式及其判据。其中， 新提出的损伤模式 Ⅰ 的判据为爆距小于 0.25 倍板架宽且爆源能量大于板的弯曲塑性 求。 ［结果］根据试验结果， 总结出局部花瓣破口 （Ⅰ） 、 边界剪切断裂 （Ⅱ） 和板架大变形 （Ⅲ） 3 种舱室结构的损
full-scale ship cabin on the hull structure，equipment and crew.［Methods］The test and data analysis for quasi-static overpressure and structural strain） are obtained. On this basis，a simplified method and of test data from the internal explosion in the cabin （i.e. overpressure of static explosion shockwave，
变形能。 ［结论］该研究将前人总结的矩形板架爆炸变形破损模式进行了拓展，所得结果可为舰船抗爆校核评 估与防护设计提供参考。 关键词 ： 炮弹静爆； 舰船舱室； 损伤特性； 试验方法 中图分类号 ： U662.1
文献标志码： A DOI： 10.19693/j.issn.1673-3185. 01148
收稿日期： 2018 - 01 - 02
网络出版时间： 2018-5-29 15:46
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中
国
舰
船
研
究
第 13 卷

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引
言
求， 并得出舱内静爆冲击波超压、 准静态超压、 结 构应变等数据的处理方法， 最后给出一次实尺度 舰船舱内炮弹静爆试验获得的舱室结构损伤特性。
舰炮曾经是海战中使用的主要武器， 但随着 反舰导弹技术的发展， 舰炮似乎逐步退出了海战 舞台的中心。但近年来， 电磁轨道炮异军突起， 使 传统舰炮武器的发展迎来了新的机遇。鉴于舰船 未来可能遭受舰炮的攻击， 应积极发展应对此类 威胁的防护措施。舰船防护一般分为主动防护和 被动防护 2 种。与反舰导弹不同， 炮弹基本上无 需制导， 也就难以采取隐身措施或采取炮弹干扰 等主动防护措施， 故需要更加重视提高舰船的被 动防护能力， 以增强其被炮弹击中后的抗损性［1］。 通常， 舰炮可发射多种炮弹， 如榴弹、 穿甲弹、 半穿甲弹、 燃烧弹、 照明弹、 发烟弹等， 其中，对舰 船具有杀伤力的炮弹主要是榴弹、 穿甲弹和半穿 甲弹。上述 3 种炮弹均可穿透舰船外板进入舱室 大量高速破片。对于典型驱逐舰，榴弹的装药量 最大， 其可穿透十几毫米的外板， 因此威力最大。 炮弹对舰船造成毁伤的整个作用过程机理复杂， 主要涉及如下过程： 舰炮炮弹穿甲； 爆炸形成冲击 波和高速破片； 冲击波和高速破片联合毁伤舰船 结构、 设备、 人员和重要舱室。国外学者对上述毁 伤过程开展了大量理论、 试验和仿真方法的研究， 并形成了标准和规范以指导舰船设计。我国以往 主要从毁伤威力的角度开展舰炮爆炸试验和仿真 研究， 很少从舰船防护的角度进行相关研究， 从而 制约了相关的性能评估和防护设计技术的发展。 尽管如此，国外文献大多偏重机理研究，例 如 ，光 板 在 单 纯 爆 炸 冲 击 波 载 荷 下 的 试 验 研 究［2］和加筋板在冲击波载荷下的试验研究［3］。国 内则多采用缩比模型方法开展研究。例如，侯海 量和朱锡等［4-6］利用 18 和 33 g 的 TNT 装药， 对1 ʒ4 缩比舱室模型进行了静爆试验， 以研究舱内爆炸 时的冲击载荷及其作用过程， 分析提出了舱内爆 炸载荷在角隅处聚集、结构在角隅处撕裂的失效 模式；孔祥韶等［7］采用双层舱室结构模型进行了 不同药量时的舱内爆炸试验， 研究了 3 种不同角 隅连接结构型式对冲击波在角隅汇聚情况的影 响。对于少数实尺度爆炸试验， 主要是从战斗部 毁伤的角度进行试验设计， 而对舱室爆炸强度的 等效性尚未进行过充分分析［8］。 本文将以提高在舰炮攻击下舰船舱室损伤特 性的等效性为目标， 开展实尺度舰船舱内炮弹静爆 试验方法和数据分析方法的研究， 以提出爆源、 舱 室结构、 设备和人体模型的简化方法及设计制作要 内部再爆炸， 并在封闭空间内形成爆炸冲击波和