目标易损性分析与终点效应翻译

第二十一届国际弹道会议

时间： 2004年4月19-23日，地点：澳大利亚 阿德莱德

题目：地雷在地面车辆下面的偏心爆炸；毁伤效能变化

一种报告用于确定由在车辆下方任意位置的地雷爆炸所产生的对车辆

底板作用冲击压力 。实际应用的模型来源于被寄予厚望的未来战斗系统模型，

该系统中车辆具有特定的重量、尺寸和车辆形状。典型应用的是盘形且装12.6

磅TNT 的地雷。地雷在车辆下面的爆炸位置是多样的。通过对不同的车辆底盘

平面尺寸和不同车辆底盘平面纵横比例条件下的计算进行考察总的冲击作用力、

预期的破坏性和地雷的作用效能。这个报告适用于所有装药量的地雷和所有底盘

面积的车辆。

引言

轻型车辆（如：美军的轻型装甲车辆和未来作战系统车辆）比起重型车辆来

说其结构更容易受到大中型地雷爆炸作用的破坏。此外，由于轻型车辆比较轻的

缘故显然更容易受较大的向上的加速度的影响。后者的敏感性是本工作的重点，

因为它直接关系到车辆内部人员的骨盆、胸腔和头部对加速度损害的敏感性；脊

椎、脖子、腿对作用力的敏感性。车辆内部结构所产生的进一步的伤害是可以预

见的。这里所指的轻型车辆被定义在负载时总质量在18-20吨之间空载时质量在

16-18吨之间。

Westineet. Al 研究了地雷的冲击压力及其模型。他们的冲击力模型和研究

方法后来才被应用于参考文献[3]提到的平板，在参考文献[4]中用于评估最终的

作用力和车辆的运动。前期的工作局限于研究车辆底盘中心爆炸的问题，从而限

制了该模型的应用。目前所研究的在车辆底盘下方任意位置的爆炸是对Westine

等人工作的延伸。一定程度上，本文将扩展的模型应用于感兴趣的特定级别的车

辆在不同位置地雷爆炸情况下的毁伤效果评估。

分析

图表1所示的是一种未来作战系统的车辆理想化模型，认为这种级别的车辆

共有8个车轮安装在四个车轴上，底盘尺寸大约为272X104英寸，底盘距离地面

23英寸。像俄罗斯TM-46或者TMN-46这样的中型重量的地雷装有12.6磅TNT ，

装药厚度4英寸装药直径12英寸。

为了保持和文献[1-3]的连贯性，这里应用文献[1]中的标记方法，这样它们

很容易的联系起来并保持模型的连续性和一致性。图2是这种车辆的底盘和坐标

轴的示意图，底盘较短的边常被选作平行于X 轴，并且将底板的两条边长分别标

记为2X 和2Y 。地雷被放置在其装药中心距离底盘H 处。认为地雷被放置在地面

以下1-2英寸的位置且上表面覆盖有土壤。Westine 的实验中没有考虑深埋（比

如6-24英寸）装药，所以他的模型仅仅对他的方案是有效的。

作用在底板上的正常的最大冲击压力i max ,从Westine 的表述中计算得到的

表达式

13

max 20.074r W i i cH == （1）

图表3给出了这里用到的字母命名。具体的最大冲击压力（单位面积上的力）

出现在底盘距离装药中心最近的地方，被用于在底盘中心位置下方爆炸的模型。

在距离装药中心R 处的标准冲击压力是

max n H i i R

= （2） 字母命名如图4所述。作用在底盘的总的冲击作用力I ，表达式如下

max I i A =Φ （3）

式中：Φ是底盘形状的无量纲因子，在矩形板下方中心爆炸情况下由Westine

引入；A 是底盘的总面积。Westine 用于矩形板下方中心爆炸的形状因子Φ的表

达式

（4）

字母命名见图表5。Westine 定义的中心爆炸的形状因子是：

（5）

如图6所示，对于爆炸中心位于底板（x 0,y 0）下方的非中心爆炸，要求得到

作用在底盘上的总的冲击作用力，和板上任一点（x,y ）处的作用力。整个过程

需要先计算式3中的形状因子Φ。发现需要经过必要的代数修改和结合整体在点

（x 0,y 0）处建立新的坐标系（x ,y

）,计算底盘在新的四个象限中面积不等的部分的冲击力，新引入的坐标定义为：

（6）

在新坐标系中的整个底盘的形状因子是：

（7）

通过各个象限求整体时，求解的上限下限的正负值必须是严格测得的，否则，

各象限和整个平面估计会得到不正确的或者错误的数值。式7的整体在求解时需

要分解为像式8所示的四部分的分积分。

（8）

式中：

（9）

如图7所示，四个象限内的四部分的积分限，应该是从该部分的左下角到该部分的右上角。经过一系列的数学推导并化简得到形状因子如下：

（10）形状因子Φ的值随着底板边长度（2X和2Y）的变化而变化，因此也随着边长的比值（2X/2Y）而变化。因此将Φ命名为形状因子或者A-S因子是合理的。式10在数学上闭合形式计算A-S因子是成立的，因此式4给出了作用在底盘上

的总的冲击作用力。注意，当中心爆炸也就是当X

0=0且Y

=0时方程式10将退化

为方程4。

未来作战系统车辆模型的应用

1.爆炸发生在右前轮下方

首先应用在地雷TMN-46放置在车辆的右前轮下方的情况。如图8所示，地雷位于土壤下方1英寸处，车轮印记低于地面1英寸。图9所示地雷位于坐标

x 0= 0.94X和 y

= 0.69Y处。由式10计算得到的A-S因子Φ=0.0588。地雷位

于底盘正中心（x

0=0和 y

=0）下方时对应的Φ=0.1025。由此得出在相同装药

和距离底盘相等位置条件下，当地雷位于（x

0 = 0.94X， y

= 0.69Y）下方时作

用在底盘上的总的冲击作用力是当地雷位于中心下方时总的冲击作用力的48%。

按照参考文献[4]的分析，可以估计得到车辆最初的垂直速度、加速度和位移。将计算值列在图表10中，与相应情况下的中心爆炸的情况对比。此时的车辆重心的加速度为2308 g’s仅仅是中心爆炸（4027 g’s）时的57%。现有的模型限制了计算作用在底盘上的总的冲击压力。由于爆炸发生在车轮的下方，考