霰彈對人體殺傷效應的試驗研究*

馬志偉,馬永忠,朱光濤,劉 碩

(武警工程大學,西安 710086)

霰彈對人體殺傷效應的試驗研究*

馬志偉,馬永忠,朱光濤,劉 碩

(武警工程大學,西安 710086)

為了使霰彈在維穩處突時有效發揮作用,有必要對霰彈侵徹效應進行系統科學的研究。在分析動能彈丸對人體目標作用機理的基礎上,通過建立霰彈射擊平臺,選用肥皂模擬肌體組織,進行了不同霰彈在不同射擊距離上的終點效應實驗。得到在10 m有效作用范圍內,BB彈非致命打擊效果最為理想,為該類防暴動能武器及彈藥的科學使用及優化改進提供幫助。

霰彈;侵徹威力;終點效應

0 引言

近年來,霰彈槍作為一種非致命防暴武器在城市反恐和處突維穩中發揮著重要作用。目前,武警部隊絕大部分使用的是軍用霰彈,非致命效果較差,無法實現在具備良好的驅散效果的同時又不對人群造成致命性的殺傷。所以對霰彈的種類及其威力的非致命性研究很有必要。文中通過建立霰彈射擊平臺,選用肥皂模擬肌體組織,進行了不同霰彈在不同射擊距離上的終點效應實驗,為今后對該類防暴動能武器及彈藥的科學使用及優化改進提供科學依據。

1 霰彈子對目標的侵徹理論

霰彈子侵徹威力試驗主要用于檢驗霰彈子在不同距離上對目標的侵徹威力,通過測量霰彈子在不同距離上的速度來推導出速度衰減規律[1]。根據霰彈子對靶標的侵入深度來推導霰彈子的能量衰減及比動能衰減規律,根據侵入模擬材料的深度及空腔體積來評價其創傷能力。

依據poncelet阻力定律,霰彈子對目標侵徹深度與彈子的速度存在著對應關系,可由薩布斯基公式[2]來計算。

(1)

假設:

1)介質阻力由靜抗力和動抗力組成;

2)介質是均勻的;

3)不考慮彈丸的旋轉;

4)介質中彈道為直線。

當v=0時,得到最大侵徹行程為:

(2)

式中:m為彈丸質量(kg);d為彈徑(m);j為與彈丸形狀有關的系數;L為侵徹行程(m);A、b為與介質有關的系數,對于肥皂介質可取值b=80×10-6(s2/m2)。

設:

(3)

k為與介質和彈子有關的系數,則式(1)可表示為:

L=kln(1+bv2)

(4)

在推導中做了一些假設,這些假設與實際情況是有出入的,甚至是很大的出入(如彈丸旋轉、介質中彈道非直線,介質非均勻等等),為了彌補不足,通過試驗得出修正系數(薩布斯基公式中的A和b)來校準。這樣,公式的準確性在很大程度上決定于修正系數的準確性。

在實際中通常根據霰彈子最大侵徹深度與侵徹速度的關系,利用不同組的實驗數據推算得出各霰彈子介質和彈子有關的系數數值k,求取平均值,得出不同材料霰彈子對應的k值,即由式(4)可得:

(5)

再由求得的平均k值代入公式:

(6)

可得到理論速度vx。

2 試驗研究

2.1 試驗用霰彈設計

為了更好的對不同霰彈子的侵徹威力進行試驗研究,測試不同霰彈子對人體的殺傷效應,專門設計了符合試驗用的霰彈結構,其形狀如圖1所示。

圖1 霰彈剖視圖

初步確定短管霰彈槍[3]的口徑為12 mm,選擇高密度聚乙烯(PE-HD)作為彈殼材料。彈殼主要以藥筒為主體,包括彈托、彈子、墊片、發射藥、火帽。霰彈采用圓筒型藥筒,各部分設計為:彈殼長度為45 mm,彈殼內徑為12 mm,彈殼外徑為14 mm,發火腔用于裝射釘彈,其后緊連著一個低壓室,彈殼壁厚取1 mm,底緣厚度取1 mm。

試驗時采用過盈配合墊片封口,將彈托設計成圓筒型,不開瓣,彈托后面加墊板和棉墊,用以起緩沖作用。選用無銹蝕擊發藥作為霰彈的底火藥,選擇3#小粒黑藥作為霰彈用發射藥。從非致命的打擊效果出發,可以選擇的霰彈子有鋼珠彈、橡膠彈、BB彈,各霰彈子具體特征如表1。

表1 霰彈子種類及其特征

2.2 試驗方法

文中采用傳統試驗方法來評判霰彈子的創傷能力[4],直接測量霰彈子對目標的侵徹效果。肥皂的密度與肌體組織非常接近,能夠直觀地反映彈子與肌體組織能量傳遞方面的關系。試驗中使用肥皂作為非生物模擬材料。對采用各種不同霰彈子的霰彈在不同距離上對人體的創傷能力進行測量。試驗靶板前堆積三層普通肥皂。試驗時根據試驗計劃設定槍口高度和射擊距離[5]。將瞄準點定于肥皂靶中心,瞄準點與槍管口中心一致,在同一條水平線上。在靶板前放置測速靶,測速靶中心與槍管中心同高,裝上霰彈分別在0.1、3、6、9 m距離上對瞄準點進行射擊。每射擊一發子彈就更換新肥皂,拍照并記錄好試驗數據。

圖2為霰彈子侵徹肥皂試驗照片(由于篇幅限制,不能全部貼出)。

圖2 侵徹試驗現場

2.3 試驗結果及分析

將試驗后的肥皂切開(不影響試驗數據測量)后再測量,并將試驗數據編制成表,如表2所示。

本試驗在同一試驗條件下進行,采用一樣的火藥裝藥量,同樣的裝彈方法,各種霰彈子總質量定為1.6 g。因而在忽略次要因素的條件下,各霰彈子具有一樣的初速度。

因此根據霰彈子最大侵徹深度與侵徹速度的關系,由式(5)可以得出霰彈子介質和彈子有關的系數數值k,各霰彈子的對應平均k值如表3所示。

由式(6)可得到霰彈子的理論侵徹速度,對比霰彈子外彈道計算結果,試驗測得的數據與理論計算數據之差在理論計算結果±5%范圍內波動如表4所示,試驗數據是可靠的。

表2 試驗結果

表3 各類霰彈子對應的系數k值

表4 霰彈子在不同射距上的理論侵徹速度、侵徹速度及其偏差率

由以上數據可以得出各霰彈侵徹深度與侵徹速度的關系如圖3所示。

圖3 各霰彈的侵徹深度與侵徹速度的關系圖

由公式:

(7)

式中:E為霰彈子動能;m為霰彈子質量;v為侵徹速度。計算可得各霰彈在不同侵徹深度的動能[6],從而得到各霰彈侵徹深度與動能的關系如圖4所示。

圖4 各霰彈的侵徹深度與動能的關系圖

各霰彈侵徹深度與比動能關系如圖5。

圖5 各霰彈的侵徹深度與比動能的關系圖

根據以上數據可得到各類霰彈子的速度和比動能的衰減規律如圖6、圖7所示。

圖6 各霰彈速度衰減示意圖

圖7 各霰彈比動能衰減示意圖

3 結論

在對不同霰彈進行終點毀傷效應實驗的基礎上,通過試驗數據對公式中系數的標定和對實驗結果分析,同時結合我國國家軍標(GJBZG20262—95)可以得出以下結論:

1)鋼珠霰彈子的侵徹威力在射距小于10 m時超出了規定的動能標準,但當鋼珠霰彈子的射距大于10 m時,其造成的損傷程度會降低,呈輕度損傷。BB彈和橡膠彈的侵徹威力均在設定的范圍之內,能夠對有生目標造成一定的傷害,又不會造成永久性的創傷或死亡。相同距離的霰彈子,鋼珠的侵徹威力最大,BB彈次之,橡膠彈侵徹能力最弱。各類霰彈子的速度(在10 m射距內)都大于100 m/s,所有霰彈子的動能都在10 J以內;比動能不超過60 J/cm2。

2)從各霰彈子速度和比動能衰減示意圖可以看出具有最好的非致命性打擊效果的是BB彈霰彈。BB彈霰彈子比動能在規定的范圍內,且衰減比較緩和,在滿足致傷標準的前提下,可以適當的增加BB彈的發射藥量,以提高霰彈子的創傷能力。

[1] 王寶興. 彈丸碰目標時的阻力及侵徹行程的分析 [J]. 現代引信, 1986(1): 18-23.

[2] 王儒策, 趙國志. 彈丸終點效應 [M]. 北京: 北京理工大學出版社, 1993: 104-108.

[3] 趙陜東, 馬永忠. 非致命性武器與警用器材 [M]. 北京: 兵器工業出版社, 2005: 73-79.

[4] 王金峰. 關于侵徹問題研究現狀的綜述 [J]. 中國科技信息, 2005(2): 129-130.

[5] 馬永忠, 趙田安, 汪勇. 彈丸破片速度衰減規律研究 [J]. 彈道學報, 2006, 18(4): 54-56.

[6] 馮太林, 周克棟, 譚東漢. 霰彈飛行速度的測量方法與結果分析 [J]. 南京理工大學學報, 1998, 22(3): 201-204.

Experimental Study of Grape-shot Damage Effect on Human Body

MA Zhiwei,MA Yongzhong,ZHU Guangtao,LIU Shuo

(Engineering University of China Armed Police Force, Xi’an 710086, China)

In order to promote grape-shot of riot kinetic energy weapons to maintain orders effectively, it is necessary to carry out systematic and scientific research of grape-shot penetration effect. According to analysis of the mechanism on the basis of kinetic energy projectile target to human body, through establishment of grape-shot shooting platform, soap was used to simulate body organization, different pellet in different shooting distance on the end effect of the experiment. The research shows that within 10 effective meters, the effect of nonlethal of BB bullet is the most ideal. This research provides helps for scientific application and optimized improvements of riot of kinetic energy weapons and ammunition.

grape-shot; penetration power; terminal effect

2015-11-03

馬志偉(1991-),男,山西太原人,碩士研究生,研究方向:軍事裝備學。

TJ27

A