某動能防暴彈恒定落點動能彈道解算技術

2013-10-14 06:55:06翟杰徐萬和仲其伐

機械制造與自動化 2013年2期

翟杰，徐萬和，仲其伐

（南京理工大學機械工程學院，江蘇南京 210094）

0 引言

動能防暴彈在公安戰線使用的主要問題是:能否保證有效的執法效能和非致命效果，這一問題嚴重制約了動能防暴彈在公安戰線上的應用。由于目標的距離不同、目標的穿戴不同，形成了非致命動能防暴彈的作用效果與非致命要求的矛盾。初速過高，會使近距離目標和穿戴單薄目標發生致傷、甚至致命的后果。初速過低，對遠距離目標和穿戴厚實目標失去作用。本文主要研究在有效射程內，為保證恒定落點動能打擊時，目標距離與彈丸射擊初速度的匹配關系以及各射角狀態下落點速度的波動關系。

1 恒定落點動能與新型變初速防暴武器原理

恒定落點動能是指對于不同距離的目標，動能彈彈丸打擊目標的能量始終是一致的，只要能夠控制動能彈彈丸的打擊能量值，就解決了防暴彈作用效果與非致命要求的矛盾。新型變初速防暴武器基本原理為:首先通過安裝在防暴槍上的激光測距裝置測量出目標的距離，然后自動調節防暴槍的相關裝置，調節防暴動能彈彈丸的發射初速度，不同的射擊距離匹配不同的初速度，以達到恒定落點動能的目的，從而達到對不同距離、不同穿戴情況目標的定效能打擊［1］。

2 恒定落點動能的選擇

動能防暴彈主要依靠飛行彈丸的動能打擊目標，使目標失去抵抗能力，同時又不能產生致命傷害。目前，美國和德國等多數國家都以78 J作為對生動目標殺傷的標準，法國定為39 J，我國定為98 J，也有以比動能（彈丸動能與其迎風面積的比值）作為標準的，軍用致命彈頭或破片的最小比動能為26 J/cm2［2］。本文初步設定，在夏天目標穿戴單薄的情況下，落點動能選擇為10 J，在冬天目標穿戴厚實的情況下，落點動能選擇為30 J，在春秋季節，落點動能選擇為20 J。

3 恒定落點動能彈彈道模型

3.1 彈道模型方程

基本假設:在彈丸整個運動期間，假設章動角（或攻角）δ=0;彈丸是軸對稱體;地表為平面;重力加速度的大小不變（g=9.80 m/s2）和方向始終鉛直向下;科氏加速度為零。也就是對地球旋轉的影響只考慮了包含在重力內的慣性離心力的部分;氣象條件是標準的，無風雨;忽略音速的變化，取音速為常量，a=341 m/s。

以距離x為自變量的彈丸質心運動方程組為:

式中:u為彈丸水平分速度，θ為彈道傾角，v為彈丸速度，c為彈道系數，H（y）為空氣密度函數，G（v）為空氣阻力函數［3］。

3.2 計算結果

借助Matlab軟件以四階龍格庫塔編寫了彈道程序，并對某18.4 mm動能防暴彈在10 J，20 J，30 J三種落點動能條件下，進行了求解。動能彈彈道系數為35.796，阻力系數為0.259，空氣阻力函數為常量0.999，阻力系數為0.259，彈丸擊中目標高1.5 m處。得到0～100 m射程內射距與初速的關系如表1所示。

表1 射距與初速的關系

從表1可以看出，隨著射擊距離的增加，要實現恒定落點動能打擊，所需彈丸初速也隨之增加，如圖1所示。通過連續調節彈丸的發射速度可以實現不同射擊距離上的恒定落點動能打擊。對于10 J落點動能方案，當射擊距離從10 m增加到100 m時，初速從51 m/s增加到81 m/s，速度調節范圍為30 m/s;對于20 J落點動能方案，當射擊距離從10 m增加到100 m時，初速從71 m/s增加到108 m/s，速度調節范圍為37 m/s;對于30 J落點動能方案，當射擊距離從10 m增加到100 m時，初速從87 m/s增加到130 m/s，速度調節范圍為43 m/s;由此可見變初速防暴武器的速度調節范圍至少在45 m/s左右，才能保證0～100 m射程內的恒定落點動能打擊。

3.3 速度波動量的分析

因為前面射距與初速的關系是基于水平射擊的狀態（射角為0°）下計算的，但實際情況中射角一般在－10°到10°之間，所以如果仍然以前面計算得出的初速度進行射擊，落點速度肯定存在一定的波動誤差，但是彈丸落點速度波動誤差是否在合理范圍之內，需要進一步進行驗證。下面分別對10 J，20 J，30 J在0～100 m射程內進行落點速度波動量分析。

圖1 射距與初速的關系

表2表明在射角為10°的情況下，對于E=10 J方案，0～100 m范圍內落點速度波動在0.14% ～4.35%范圍內;對于E=20 J方案，0～100 m范圍內落點速度波動在0.03% ～0.55%范圍內;對于 E=30 J方案，0～100 m 范圍內落點速度波動在0.02% ～0.67%范圍內。

表2 射角為10°落點速度的波動情況

表3表明在射角為5°的情況下，對于E=10 J方案，0～100 m范圍內落點速度波動在0.02% ～7.27%范圍內;對于E=20 J方案，0～100 m范圍內落點速度波動在0.02% ～1.64%范圍內;對于E=30 J方案，0～100 m范圍內落點速度波動在0.02% ～0.57%范圍內。

表3 射角為5°落點速度的波動情況

表4表明在射角為－5°的情況下，對于E=10 J方案，0～100 m范圍內落點速度波動在0.66% ～10.1%范圍內，其中在100 m距離上速度波動超過了10%;對于E=20 J方案，0～100 m范圍內落點速度波動在0.29% ～3.58%范圍內;對于E=30 J方案，0～100 m范圍內點速度波動在0.18% ～1.89%范圍內。

表4 射角為－5°落點速度的波動情況

表5表明在射角為－10°的情況下對于E=10 J方案，0～100 m范圍內落點速度波動在0.95% ～11.4%范圍內，在90～100 m距離上落點速度波動超過了10%;對于E=20 J方案，0～100 m范圍內，落點速度波動在0.42% ～4.04%范圍內;對于E=30 J方案，0～100 m范圍內，落點速度波動在0.24% ～2.04%范圍內。