彈藥空投和投棄落地沖擊特性研究綜述

常天笑，王雨時，聞 泉

(南京理工大學機械工程學院，江蘇 南京 210094)

0 引言

軍事領域中的空投是指通過運輸機或直升機，將相關人員、物資或者裝備投放至地面或水面預定區域的行動。物資和裝備是提供后勤保障和持續支援的主要工具，用于空降兵或特種部隊遂行軍事行動[1]，該作戰方式即空降作戰。由于機動性和反應性好，空降作戰自誕生以來一直是各類沖突和局部戰爭中的重要先遣力量；但空降作戰面臨很多問題，其中彈藥補給是關鍵。隨著武器裝備的發展，空降作戰頻次將會大幅度增多，并且不少國家大量布置防空兵器等針對性裝備，今后空降作戰會非常激烈，彈藥消耗將大幅增加[2]。此外，由于作戰縱深廣、地形復雜、空間變化快，傳統的彈藥補給方式很難滿足要求[3]，只有空投彈藥能夠實現部隊快速反應和遠程機動[4]，因而彈藥空投得到重點關注。美軍開發的制導空投系統是一種低成本、高可靠性、可部署的空投系統[5]，目前美軍彈藥保障的空投能力已十分強大。美軍空降師保障營下轄的空投裝備補給連可及時將包括彈藥在內的各種補給物資空投至己方傘降區域；另外，其運輸直升機營也可以緊急空運彈藥[6-8]。空投彈藥和其他武器裝備需要解決許多問題，如空投精確性、降低空投開傘過載和空投落地沖擊過載等[9-11]。由于彈藥意外落地沖擊過大，有可能意外起爆而造成不可估量的損失，所以將空投彈藥不敏感化，使其能夠安全承受空投意外落地沖擊極為重要。彈藥投棄的關鍵問題也是落地沖擊的安全性問題，與彈藥空投類似。本文針對目前彈藥空投和投棄極限沖擊特性研究方法和落地沖擊特性結果都比較欠缺的問題，研究了彈藥空投和投棄落地沖擊特性及其研究現狀。

1 空投試驗

1.1 空投試驗方法標準

由于彈藥在空投作戰中的重要意義和可能存在的危險性，相關彈藥在設計過程中必須進行空投試驗驗證。GJB 4403A—2018《常規兵器彈藥包裝定型試驗規程》對帶包裝的彈藥提出了明確的空投試驗要求[12]。其中模擬低速降落傘墜落試驗時將被試包裝內單元升高到4.3 m的高塔墜落設施上，模擬9.1 m/s的墜落撞擊速度(未規定落地沖擊過載的最大值和脈寬范圍)。此外，該標準還包括了模擬空投失效試驗，目的是保證彈藥在降落傘意外未打開情況下的空投落地安全性。該試驗以107 m高度自由跌落等效模擬46 m/s的撞擊速度，也可用加速裝置將空投單元加速至46 m/s，模擬開傘失效情況下的著陸沖擊。該空投試驗標準并未要求給出具體空投落地沖擊特性如空投落地最大過載數值和空投落地過載曲線等。盡管缺乏空投落地沖擊特性數據并不會影響某次具體試驗的結果和結論，但是不利于其后的理論與仿真研究以及相關產品如引信的安全性設計。

GJB 573B—2020《引信及引信零部件環境與性能試驗方法》也對模擬降落傘空投試驗有專門規定[13]。被試引信處于包裝狀態下，可單獨包裝，也可裝在配用彈上，按試驗大綱規定捆扎成空投單元，如圖1所示。在低速空投模擬試驗和高速空投模擬試驗中，要求引信受到的撞擊速度分別為8.7 m/s和27.4 m/s。在降落傘失效空投試驗中，要求引信受到的落地沖擊速度是45.7 m/s。失效空投試驗還可采用無緩沖墊的空投單元，就是將未加任何穩定且不帶緩沖墊的空投單元以24.4～30.5 m/s的速度，撞擊諸如鋼板和混凝土地面等硬目標，要求空投單元最容易損壞的部位先著地。該標準同樣沒有明確過載要求，而是檢查引信是否解除保險和作用，是否能保證裝卸和運輸安全。

圖1 GJB 573B—2020規定的引信空投單元結構Fig.1 The fuze airdrop unit provided in GJB 573B—2020

GJB 6854—2009《空降兵裝備空投要求》明確規定了空投件空投著陸時應能承受的最大過載：30g(25 ms)[14]，但該標準并不僅是針對空降兵彈藥，而是適用于所有空降兵裝備。

空投緩沖裝置也有相應的軍用標準，如GJB 3228—1998《固定在貨臺上的空投物資的加載環境的一般要求》[15]。標準空投方法是將空投物資裝在空投貨臺上，然后從飛機上投放[16]。空投貨臺與降落傘相連，主要起緩沖作用。緩沖材料有蜂窩結構的紙板或可發性聚苯乙烯泡沫塑料板。蜂窩紙板或可發性聚苯乙烯泡沫塑料板相互膠合并粘貼在空投貨臺上。與彈藥空投有關的通用規范還有GJB 3104—1997《空投貨臺通用規范》[17]和 GJB 3229—1998《空投集裝用具規范》[18]等。

1.2 空投落地沖擊研究方法

飛行試驗是研究空投落地沖擊最準確、最符合實際的方法。根據空投飛機和空投系統的不同，我國規定空投時的機速范圍是260～400 km/h[14]，空投高度一般是500～1 000 m[19]。飛行試驗也會根據實際情況選擇更高的高度。美軍Screamer空投系統的有效空投高度約5 333 m[20]。2004年，美軍使用C-17A運輸機對Stryker機動火炮系統進行空投試驗，空投高度3 000 m[21]。美軍也多次使用C-17運輸機和C-130運輸機在457 m高度空投攜帶有24發彈藥的M777牽引榴彈炮，隨炮空投的彈藥全部安全落地[22]。雖然飛行試驗在各國的空投研究中都有運用，但缺點也較為明顯：花費時間、費用和人力均較多[23-24]，另外空投試驗還有失敗的風險。1998年，美軍在加利福尼亞州愛德華茲空軍基地對雙排空投系統平臺進行測試，空投后因平臺過度旋轉導致一些雙排空投系統毀壞[25]。而空投彈藥如果失敗，危險性就更大，且在研究階段難以接受，因此模擬空投試驗成了研究空投落地沖擊的重要方法。這種改變從軍用標準的更新中也有體現。GJB 573各版本均等效采用MIL-STD-331的某一相應版本。在已被更新的GJB 573—1990《引信環境與性能試驗方法》中，引信的空投試驗是外場降落傘空投試驗，要求飛機在460 m高度投放引信[26]，而其后的版本GJB 573A—1998《引信環境與性能試驗方法》已經變為模擬降落傘空投試驗，只需模擬落地沖擊速度即可[27]。現行版本GJB 573B—2020《引信及引信零部件環境與性能試驗方法》與GJB 573A—1998的規定相同，仍然采用模擬降落傘空投試驗方法。國外也有具體的模擬空投試驗記錄[28]，將一輛重約3.2 t的卡車裝到安全氣囊平臺系統上，并從13 ft的高度墜落(自由降落)，以模擬空投著陸沖擊。模擬空投試驗一般是使彈藥從一定高度墜落，模擬一定的落地沖擊速度，但即使是模擬試驗，從準備彈藥和試驗設備到場地安排，仍然需要不菲的人力、物力和財力。隨著計算機技術的發展和仿真技術的成熟，我國開始仿真研究空投落地沖擊[29-35]。美國宇航局已經開發了能對降落傘進行動力學預測的計算機仿真系統，該系統能分析從帶降落傘的貨物離開飛機(投出)到抵達地面期間整個系統的力和運動[36]。在仿真實驗中，并非對空投物從墜落開始進行仿真，而是根據設定的沖擊速度僅模擬落地沖擊。文獻[37]在研究鋁合金空降車時總結出空投裝備落地沖擊的三種工況：1) 正常著陸：無橫風，軟地面，著速6 m/s，氣囊全部工作，最大沖擊加速度小于7g，作用時間約200 ms；2) 惡劣著陸：不平硬土路地面, 著速6 m/s，部分氣囊工作，裝備受到動態沖擊加速度最大值為11.76g，作用時間約200 ms；3) 極限工況：鋪面路, 著速8 m/s，部分氣囊工作，最大沖擊加速度接近20g，作用時間約200 ms。

此外，還可在彈藥的著陸仿真實驗前進行彈藥的墜落仿真實驗。針對研究的具體空投條件，如高度、風速和地形等，仿真得出彈藥落地姿態和沖擊速度，接著根據這些落地沖擊條件進行空投落地沖擊仿真。

1.3 彈藥空投的落地沖擊特性

文獻[38]使用LS-DYNA軟件對帶包裝炮彈進行空投仿真試驗以得到空投彈藥箱著陸響應，彈藥箱與貨臺間采用氣囊緩沖，彈藥箱以6 m/s 的垂直速度著陸于軟地面。仿真得引信最大沖擊過載4.5g、脈寬0.16 ms，沖擊過載曲線如圖2所示。文獻[38]認為4.5g的最大沖擊過載和0.16 ms的沖擊脈寬在引信的可承受范圍內。

圖2 空投彈藥箱以6 m/s速度軟著陸時的引信沖擊過載仿真曲線Fig.2 The impact overload simulation curve of fuze in the airdrop ammunition box during soft landing at 6 m/s

同樣是針對彈藥空投問題，文獻[39]使用ABAQUS軟件對帶火箭彈的空降火箭炮發射箱進行空投仿真實驗，用以評估其安全性和方案可行性。該發射箱外形尺寸3 010 mm×1 360 mm×536 mm，重2 010 kg，如圖3所示。選擇其中6個壁厚3 mm的定向管及所包含的彈藥進行仿真研究，定向管位置如圖4所示。空投條件為無緩沖材料，落地沖擊速度6 m/s。彈藥最大沖擊過載出現在5號管處，達972g，沖擊過載脈寬約0.012 5 s。圖5是箱內火箭彈空投落地沖擊過載仿真曲線。沖擊作用使發射箱明顯變形，部分定向管的應力超過強度極限，不滿足要求，應添加緩沖材料。添加了400 mm厚可擠壓泡沫塑料緩沖材料后，再次進行空投仿真，此時最大落地過載出現在2號管處，達23g，沖擊過載脈寬0.007 s。針對惡劣工況和極限工況也進行了空投仿真實驗。惡劣工況下空投條件為落地速度6 m/s[35]，著陸于硬地面，最大落地沖擊過載出現在2號彈處，達24.1g，沖擊過載脈寬0.007 s。相比于正常工況，最大過載略有增加。極限工況下空投條件為落地速度8 m/s[35]，著陸于硬地面，最大落地沖擊過載出現在2號彈處，達34g，沖擊過載脈寬0.01 s。圖6是箱內2號彈空投正常著陸時、在惡劣工況下和在極限工況下的落地沖擊過載仿真曲線。

圖3 122 mm口徑空降火箭炮發射箱(帶火箭彈)Fig.3 The airborne multiple 122 mm rocket launcher canister (with rockets)

圖4 122 mm口徑空降火箭炮發射箱定向管位置分布Fig.4 The position distribution of directional tube in airborne multiple 122 mm rocket launcher canister

圖5 無緩沖材料下122 mm口徑空降火箭炮發射箱空投落地時火箭彈沖擊過載仿真曲線Fig.5 The impact overload simulation curve of the rockets in airborne multiple 122 mm rocket launcher canister when dropped to the ground without cushion material

圖6 添加緩沖材料后122 mm口徑空降火箭炮發射箱不同工況下空投時2號彈沖擊過載仿真曲線Fig.6 The impact overload simulation curve of rocket 2 in the airborne multiple 122 mm rocket launcher canister when airdropped with cushion material under various conditions

此外，文獻[39]還仿真研究了惡劣工況下傾斜著陸時的沖擊。發射箱前端、后端或側端先著陸分別稱為前傾、后傾或側傾。因發射箱重心不在幾何中心，故前傾著陸、后傾著陸和側傾著陸的結果不同。模擬前傾、后傾和側傾的傾斜角都選為15°。最大過載均出現在2號彈處，分別為110g、115g和121g，沖擊過載脈寬均約0.01 s。沖擊過載曲線如圖7所示。結果表明，發射箱采用緩沖材料后空投安全性大幅度提高。傾斜著陸情況下，發射箱一端接觸到地面時產生一次沖擊，發射箱整個底面接觸到地面時會有二次沖擊。二次沖擊會對發射箱內彈藥安全性帶來不利影響。欲避免傾斜著陸，需提高傘降系統對著陸姿態的智能控制能力。

圖7 添加緩沖材料后122 mm口徑空降火箭炮發射箱空投傾斜著陸時火箭彈沖擊過載仿真曲線Fig.7 The impact overload simulation curve of the rockets in airborne multiple 122 mm rocket launcher canister when dropped to the ground obliquely with cushion material

為了考核改進后某小口徑炮彈引信的空投安全性，文獻[40]使用ANSYS軟件對裝有該彈藥的包裝箱進行空投仿真實驗。包裝箱質量25 kg，箱體尺寸47 cm×42 cm×25 cm，無貨臺和緩沖材料，地面為鋼板或混凝土，落地沖擊速度分別為9、25和45.5 m/s。地面材料為鋼時，對應不同沖擊速度空投落地最大沖擊過載分別為42 500、140 000和220 000g，脈寬分別為0.20、0.12和0.20 ms；地面材料為混凝土時，空投落地最大沖擊過載分別為31 000、79 000和100 000g，脈寬分別為0.20、0.12和0.12 ms，沖擊過載曲線如圖8—圖10所示。在此得出的空投最大沖擊過載對應于無貨臺和緩沖材料的情形，并且在仿真時將彈藥于彈藥箱建模成一個整體，比文獻[38—39]有貨臺和緩沖材料的高出2～4個數量級。

圖8 某小口徑炮彈包裝箱落地沖擊速度為9 m/s時的沖擊加速度仿真曲線Fig.8 Simulation curve of impact acceleration of a small caliber projectile packing box when the landing impact velocity is 9 m/s

圖9 某小口徑炮彈包裝箱落地沖擊速度為25 m/s時的沖擊加速度仿真曲線Fig.9 Simulation curve of impact acceleration of a small caliber projectile packing box when the landing impact velocity is 25 m/s

圖10 某小口徑炮彈包裝箱落地沖擊速度為45.5 m/s時的沖擊加速度仿真曲線Fig.10 Simulation curve of impact acceleration of a small caliber projectile packing box when the landing impact velocity is 45.5 m/s

另外，實測表明，質量為80～100 kg的包裝箱，空投高度400～500 m，對中等硬度的耕地和山石地，著陸時最大慣性過載為258g[40]。該沖擊過載低于發射過載，空投對所研究引信的安全性和可靠性沒有顯著影響。

除了彈藥包裝箱，空投系統中的緩沖氣囊也是關鍵。文獻[41]應用LS-DYNA軟件對一種采用新型著陸緩沖氣囊的彈藥空投系統進行了空投仿真。彈藥包裝尺寸2.4 m×1.2 m×0.6 m，質量2 000 kg。空投條件為彈藥垂直落地，速度7 m/s。整體簡化模型如圖11所示，圖中上半部分是彈藥包裝箱，中間是緩沖氣囊，底部是地面。仿真所得落地沖擊過載曲線如圖12所示，其中最大過載8.65g，小于該彈藥空投著陸最大允許過載(15g)。

圖11 簡化后的空投著陸緩沖系統仿真模型Fig.11 Simplified simulation model of airdrop landing cushion system

圖12 空投著陸緩沖系統中彈藥落地沖擊慣性過載仿真曲線Fig.12 The impact overload simulation curve of the ammunition in airdrop landing cushion system when dropped to the ground

文獻[42]和文獻[43]則分別研究某彈藥托盤集裝系統和一種新型空投系統的空投效果，均未采用仿真方法，也未披露彈藥落地時的沖擊過載數據。

目前大部分試驗設計和空投仿真研究，都假設空投物與地面是絕對的面-面接觸碰撞。如果有傾斜角，碰撞過載就會發生變化，沖擊脈寬也會有所增大。匯總上述各類空投試驗仿真和測試數據見表1。

表1 空投試驗仿真和測試數據匯總Tab.1 The data collection of airdrop simulation and test

續表1

目前彈藥引信空投和投棄安全性的標準考核方法，是用飛機投放彈藥，用地面發射架發射彈藥或者將彈藥以一定高度自由跌落。模擬仿真只是為了在飛行試驗或等效模擬試驗前得到落地沖擊加速度、速度和應力等數據。彈藥空投的標準條件是帶包裝，配有貨臺和緩沖材料。空投著地目標可粗略分為軟地面與硬地面，也可據實際情況具體設置， 如鋼，混凝土和耕地等。空投條件中一般給出落地沖擊速度，可按文獻[35]設置為6或8 m/s，也可按GJB 573B的要求設置為8.7、27.4和45.7 m/s。少數彈藥空投試驗條件會給出飛行高度與速度。不同彈藥的包裝尺寸最大相差近10倍，質量甚至可相差100倍，尺寸和質量的較大差別使得不同彈藥空投落地沖擊特性相差很大。緩沖材料與貨臺對空投沖擊過載影響最大。相同空投條件下，無緩沖材料的最大過載可達到有緩沖材料的40倍以上。而既無貨臺也無緩沖材料的空投物，落地沖擊過載可高達10 000g的量級，遠遠超過包含貨臺和緩沖材料的空投試驗過載數值。傾斜姿態落地的最大沖擊過載與垂直落地的最大沖擊過載也有很大不同。此外，更硬的地面和更大的落地沖擊速度，都會提高沖擊過載，但是提高幅度最大不超過5倍。

2 投棄試驗

在飛機或武器發生故障，戰斗任務取消或飛行員為了著陸安全而必須卸載時，可能要向我區或友區投棄載機所配裝彈藥。如果投棄的彈藥不安全，將會對我區和友區帶來很大的危害，因此在彈藥研制階段，就要進行彈藥投棄安全性試驗考核。GJB 573—1990對彈藥投棄試驗有明確要求。GJB 573A—1998完善了投棄試驗要求，而GJB 573B—2020則無變化。該部分內容與MIL-STD-331C投棄試驗部分大致相同[44]。GJB 573A—1998和GJB 573B—2020規定投棄試驗通過適當的飛機或地面發射架將處于保險狀態的引信按規定條件投向或射向地面、水面或沙箱以考核其安全性。試驗時引信安裝在裝有主裝藥的試驗彈上，并將試驗彈投擲到規定區域。投棄時落地沖擊速度達到極限速度(自由落下的物體所受空氣阻力與重力相等時的速度)。另外目標可以是地面、水面和沙箱，其中沙箱用于地面發射模擬試驗，而地面是可耕地或經適當灌溉的可耕地，水域則不小于6 m深，沙箱入射面木板厚51 mm且垂直于射擊方向。相對于GJB 573A—1998和GJB 573B—2020，GJB 573—1990規定的投棄高度是4 600 m或足以使彈藥能接近極限速度的高度(兩者取較低)。

落地沖擊特性是投棄試驗中引信是否被起爆的關鍵。試驗研究投棄落地沖擊規律，對引信安全性設計意義重大。目前國內對于引信投棄試驗的研究處于空白，在中國知網上以彈藥投棄或引信投棄為主題詞或關鍵詞未查到相關文獻。投棄的外場試驗與空投試驗一樣，需要花費大量的人力、物力和財力，且有一定的危險性。計算機仿真是比較適合的研究方法。

投棄試驗與空投試驗都是研究彈藥從某一高度落地的沖擊后效，因此可借鑒空投試驗的研究方法完善投棄仿真研究，借鑒時要注意兩者建模的區別。投棄試驗直接投棄彈藥，沒有貨臺和緩沖材料，甚至沒有包裝箱，仿真模型是簡化的空投試驗仿真模型，與文獻[45]中研究空投物資沖擊過程的模型類似。文獻[45]將貨物和貨臺視為一整體，把空投系統建模為一個長方體。在落地沖擊速度方面，空投仿真時可據工況直接選擇沖擊速度，但投棄試驗要求彈藥在落地前必須達到極限速度。因此投棄不同的彈藥，需根據具體空投條件先進行墜落仿真，確認極限速度，而不能僅根據工況選擇落地沖擊速度。投棄仿真與空投仿真相同點很多，可根據空投的研究方法展開投棄仿真研究。彈藥投棄試驗與空投試驗的差異如表2所列。

表2 彈藥投棄試驗與空投試驗的差異Tab.2 The differences between airdrop test and jeffision test

3 與其他引信環境的對比

除了空投試驗和投棄試驗外，彈藥和引信低加速度試驗還有振動試驗、震動試驗和跌落試驗。對比這三項試驗的方法和結果，對空投試驗和投棄試驗有借鑒作用。

振動試驗存在于各種軍用裝備的標準試驗體系中。GJB 150.16A—2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法·第16部分：振動試驗》[46]對振動環境做了具體分類。GJB 5389.20—2005《炮射導彈試驗方法·第20部分：振動試驗》[47]規定使用振動臺對炮射導彈進行振動試驗。振動臺施加的沖擊加速度達39.3 m/s，約4g，低于大部分彈藥正常空投的過載，與文獻[28]中帶彈藥包裝箱正常工況下的空投最大過載相近。但是振動試驗以高頻率、長時間地持續施加加速度，而空投試驗的過載曲線一般只有一個較大的脈沖，時間也是毫秒級，因此振動試驗的條件更嚴苛。類似的試驗方法還出現于GJB 5491.18—2005《末制導炮彈試驗方法·第18部分：振動試驗》[48]和 GJB 573B—2020《引信及引信零部件環境與性能試驗方法》中。

國內外也有許多針對彈藥和引信振動的試驗研究。1997年，美國人Hartman在從薩凡納陸軍基地到克雷恩陸軍彈藥庫的運輸過程中，對兩輛裝載了30 mm口徑彈藥的軍用車輛進行了監控。第一輛軍用貨車用平板半掛車運輸，運輸的大多數沖擊/振動小于0.5g，檢測到的最高水平為1.08g。第二輛使用鐵路運輸，大多數沖擊/振動小于1.25g，并且檢測到的最高水平為3.32g[49]，這樣的加速度一般小于空投試驗中彈藥落地沖擊加速度。文獻[50]在Excalibur平臺上對彈藥進行了振動試驗，模擬了地面車輛的運輸，之后繼續通過仿真實驗復現了此次振動試驗，發現降低彈丸振動的有效方法是加緊固定帶、增大界面間摩擦和使用柔軟并且高阻尼的緩沖材料，但是這些改變可能使得彈丸的固有頻率變化，與輸入振動更加接近。空投試驗中不存在持續振動的情況，故使用柔軟且高阻尼的緩沖材料降低沖擊的效果可能更好。文獻[51]針對彈藥在鐵路運輸中的振動問題，選擇具體的某型航空彈藥，建立彈藥系統的振動力學模型，分析彈藥包裝對振動的影響。由此得出彈體的最大加速度為0.36g，顯著小于空投試驗的彈體加速度。文獻[52]設計了運輸振動模擬試驗，測試某型彈體和關重件的振動加速度響應。文獻[53]為了解決報廢彈藥公路運輸的安全性問題，對不同路面和速度下運輸的彈藥箱進行仿真分析，得出車輛時速70 km/h，在縣道或鄉村公路行駛時，彈藥箱響應加速度可達45.3 m/s2。文獻[54]分析了艦船行駛下引信的振動環境，振動沖擊加速度可達2g。以上研究中，振動的加速度一般遠小于空投加速度。

震動試驗的目的是考核引信或彈藥在惡劣運輸條件的安全性。試驗使用震動臺對引信進行三種方向的振動。GJB 573B—2020規定震動的沖擊加速度230g±34.5g，持續時間2.0 ms±0.2 ms。震動試驗的沖擊加速度與如下空投試驗的落地沖擊加速度相近：質量為80～100 kg的包裝箱，從400～500 m的高度空投到中等硬度的耕地和山石地時著陸時的最大加速度。震動試驗的沖擊加速度大于文獻[39]中122 mm口徑空降火箭炮發射箱在極限工況下的空投最大過載，脈沖寬度也與一些空投的脈沖寬度相近。震動試驗還會在長時間內按照脈沖速率持續施加脈沖，這有可能使引信產生疲勞應力，因此，震動試驗可能比空投試驗的要求更難滿足。如果空投試驗的緩沖材料和貨臺工作效果良好，那么部分落地沖擊過載較小的空投試驗可以采用震動試驗的方法研究，但是需要注意，由于震動試驗僅要求處理安全而空投試驗要求使用安全和可靠性，所以兩者的結論不能夠等效。GJB 797.8—1990《地雷爆破器材環境試驗方法·震動試驗》[55]與GJB 3196.11A—2005《槍彈試驗方法·第11部分：震動試驗》[56]也分別規定了地雷與槍彈的震動試驗方法，與引信震動試驗方法類似。

跌落試驗是與空投試驗最相似的試驗，部分模擬空投試驗就是等效跌落試驗完成的。GJB 4403A—2018《常規兵器彈藥包裝定型試驗規程》中，模擬低速降落傘墜落試驗就是將被試包裝內單元升高到4.3 m的高塔墜落設施上模擬9.1 m/s的撞擊速度。模擬空投失效的試驗中以107 m高度自由跌落等效模擬46 m/s撞擊速度。在大部分的空投仿真試驗當中，都是在給定落地初速下的跌落仿真[19, 22-24, 29-33, 37, 57-58]。與空投試驗標準不同的是，跌落試驗是給定高度而非落地速度，并且給定的高度與空投試驗有所不同。GJB 5389—2005《炮射導彈試驗方法》[59-62]和GJB 5491—2005《末制導炮彈試驗方法》[63-66]包含的跌落高度有：0.5、1.5和3 m。引信方面則有GJB 573B—2020規定的1.5 m跌落試驗和12 m跌落試驗。這些跌落高度設置的目的是考核勤務處理中的意外跌落，但事實上有些已經達到空投試驗的等效跌落高度。一些跌落試驗的結果也顯示，跌落的沖擊速度可以與空投試驗相近。文獻[67]采用LS-DYNA軟件對箱裝彈藥跌落過程進行仿真, 模擬跌落條件下作用于引信元器件和零部件處的沖擊加速度值。彈藥包裝箱尺寸為437 mm ×295 mm ×98 mm，跌落高度分別為0.5和1 m。跌落高度為0.5 m時，落地沖擊速度為3.13 m/s, 最大沖擊過載約為950g。跌落高度為1 m時，落地沖擊速度為4.43 m/s，最大沖擊過載約為1 100g，達到了空投試驗的最大落地沖擊過載范圍。文獻[68]采用LS-DYNA軟件分別對35、100和130 mm口徑榴彈進行裸態跌落仿真實驗，選擇的跌落目標包括鋼板、鑄鐵板、混凝土板、紅松板、土壤層，跌落高度分別為0.7、1.5、2.1和3 m，對應落地沖擊速度分別為3.71、5.42、6.42和7.67 m/s。當跌落高度達3 m時，跌落時的最大沖擊速度高于空投時正常工況的落地沖擊速度。35 mm口徑榴彈從3 m高度跌落在混凝土地面上的最大過載可達23 480g。在跌落時落地沖擊速度小于或者接近空投落地沖擊速度的情況下，跌落的最大沖擊過載遠大于正常空投的過載，這是因為相比于空投試驗，跌落試驗時沒有緩沖裝置的緩沖。如果彈藥在超過3 m的高度的跌落試驗后，仍然能確保運輸、裝卸、貯藏和使用安全，那么一般也能滿足正常空投試驗的要求。另外在跌落仿真的基礎上加上緩沖結構，仿真就近似于空投仿真，因此空投仿真實驗可以借鑒各項跌落仿真的方法。與跌落試驗類似，投棄試驗時也沒有緩沖結構，不同點在于投棄時彈藥處于極限速度，因此投棄的落地沖擊速度要大于跌落試驗的落地速度。

4 分析與討論

目前空投彈藥試驗方法逐漸從飛行試驗向模擬空投試驗和仿真實驗方法轉變，研究緩沖材料、貨臺和落地姿態等的影響，測試不同彈藥和不同空投條件下的具體空投過載特性，但是空投試驗的研究仍然太少。空投條件不同，數據差異很大，空投最大過載從4.5～220 000g。文獻[38]中設計的空投彈藥箱，在落地沖擊速度6 m/s的情況下正常空投，仿真所得引信最大沖擊過載僅有4.5g。文獻[41]對采用新型著陸緩沖氣囊的彈藥包裝進行了空投仿真，彈藥包裝重2 000 kg，落地沖擊速度7 m/s的情況下彈藥沖擊過載是文獻[38]中最大過載的2倍左右，達8.65g。針對122 mm空降火箭炮空投發射箱，文獻[39]設置落地沖擊速度6～8 m/s，正常空投垂直落地時火箭彈的沖擊過載達23g～32g, 而傾斜落地的過載則要高出幾倍，達110～121g。該發射箱非正常空投情況下火箭彈的最大沖擊過載更高達972g。文獻[40]針對25 kg彈藥包裝箱，進行了無貨臺和緩沖材料的失效空投仿真，以46 m/s速度落在鋼板上，過載達220 000g。這些數據跨度太大，每個數據都僅有一篇或幾篇文獻支持，難以判斷其結論是否具有普適性，也無法得到其中的變化規律。許多空投試驗的標準和研究僅關注最后彈藥或引信是否能滿足安全性要求，而并未要求給出具體的空投過載特性。沒有具體的數據做支撐，空投過載響應特性的研究就難以開展。投棄試驗更是只有試驗標準，沒有具體的仿真或模擬試驗研究成果。目前同樣是考核沖擊過載的振動、震動和跌落試驗成果豐碩，從中可以獲得借鑒，從而完善彈藥空投試驗和投棄試驗。例如如同規定振動環境一樣規定空投試驗的各項條件，確定完備的空投彈藥工況。

5 結束語

目前彈藥空投和投棄試驗標準大多沒有規定得到落地沖擊特性，使得后續研究缺乏數據支撐。空投與投棄的環境和工況沒有詳細的分類，不利于試驗的標準化。在試驗的設計和標準的制定中應強調數據的重要性。試驗標準中可以增加對空投和投棄環境的總結與分類。

彈藥空投落地沖擊特性的研究，大部分針對的是垂直落地情況，但是實際上以傾斜姿態落地才是常態。文獻[39]火箭彈發射箱正常空投傾斜落地過載是垂直落地時的4～5倍。傾斜姿態落地時的最大沖擊過載和持續時間與垂直落地的均有很大不同。

振動試驗和震動試驗也得到彈藥的沖擊特性。振動試驗的沖擊加速度在4g左右，通常小于空投和投棄試驗的沖擊加速度，不能以振動試驗的結果判斷空投和投棄試驗的安全性。震動試驗的沖擊加速度為230g±34.5g，可以達到一些空投試驗的沖擊過載范圍，震動試驗中彈藥還可能產生疲勞。震動試驗的結果可以對彈藥的一些空投試驗結論做出預估。跌落試驗可以等效空投試驗和投棄試驗。在一些試驗標準中，已經用跌落等效試驗代替飛行試驗。

彈藥空投試驗對著速和地面都有要求。標準規定帶包裝彈藥正常空投著速為9.1 m/s, 空投異常(未開傘)著速為46 m/s。引信正常空投著速為8.7和27.4 m/s，空投異常(未開傘)著速為45.7 m/s，空投件沖擊特性不高于30g/25 ms。一些試驗研究中還根據著速和地面的不同劃分了三種空投工況。不同彈藥空投試驗的落地沖擊過載差別很大。有仿真結果表明25 kg彈藥箱空投異常撞擊鋼板和混凝土地面時，沖擊加速度峰值已達220 000g和100 000g。空投低發射過載引信的安全性設計和空投引信不敏感性設計要適應上述極端環境。

彈藥投棄安全試驗是專為航空彈藥引信設定的試驗。試驗時將保險狀態的引信配航空炸彈在極限速度條件下投向特定區域(可耕地或深度不小于6 m的水域)，要求投棄后的航空炸彈及其引信不得爆炸，引信應能滿足爆炸物處理要求。估計引信在投棄落地時所受到的沖擊加速度與上述空投失效所受到的沖擊加速度相近。

空投作戰方式將成為未來戰場不可或缺的作戰模式，而空投彈藥作為空投作戰物資保障的關鍵一環更是重中之重。投棄彈藥作為空中作戰后安全的重要保障也是意義重大。目前我國在這兩方面研究還有所欠缺，得到落地沖擊的過載特性規律能夠使得這兩項研究前進一大步，為不敏感彈藥和引信的極端環境研究打下基礎。