机场跑道混凝土靶板贯穿的试验研究

机场跑道混凝土靶板贯穿的试验研究

杨茉

北京中航空港建设工程有限公司北京100024

摘要：本文主要针对机场跑道混凝土靶板贯穿的试验展开分析，思考了机场跑道混凝土靶板贯穿的试验的方法，以及主要的内容和措施，提出了一些比较可行的流程，可供今后的试验工作参考。

关键词：机场跑道；混凝土；靶板；贯穿；试验

前言

目前，机场跑道混凝土靶板贯穿的试验工作还存在不少问题，影响了试验的最终效果，所以，需要对机场跑道混凝土靶板贯穿的试验工作进行全方位分析，提出一些比较可行的试验流程和对策。

1机场跑道

混凝土作为结构材料的主体，有着制作工艺简便、就地取材、价格低廉等显著优点，但是它的抗拉强度低，质脆易裂，当加入适当形式和数量的钢筋后，提高了结构的承载力和延性，保证了其安全性和使用条件。同时，钢筋的一些缺点，如环境稳定性差、易腐蚀、不耐火等，当其埋入混凝土内后，因受到保护而克服。钢筋和混凝土的有效组合形成了承载力强、整体性好、刚度大、抗腐蚀、耐火和适应性广的结构工程材料，将钢筋和混凝土二者的材料性能互补，充分发挥各自的优越性，已广泛应用于各类国防与民用土木工程（如指挥所、机库、导弹发射井、核设施保护壳、大坝、桥梁、港口等）的抗冲击防护主体结构。以钢筋混凝土为靶板目标的侵彻与贯穿研究具有鲜明的国防军事背景、实际的工程应用需求和重要的科研学术意义。

飞机起飞和降落在机场的超级区称为机场跑道。它可以由沥青或混凝土，平草，砾石或水制成，亦或者是页岩，木板，珊瑚虫，粘土等铺设的。现在全球范围内跑道大多是以陆地为基础的。机场跑道的等级决定了机场飞行区的等级，而什么等级的飞机可以使用这个机场由跑道的性能及其相应的设施决定，机场按照这种能力进行分类，称为飞行区等级。

所有飞机使用跑道的基地机场的最大长度叫做飞行区指标Ⅰ。其中，飞机在规定的最大起飞质量叫做基准飞行场地长度，是指在在标准海平面，标准大气温度，无风和没有跑道纵向坡度的条件下的最小起飞距离。依照《民用飞行区技术标准》MH5001—2013规定，该指标可以分为1、2、3、4四个等级。

在机场跑道上使用的所有类型飞机的主起落架的外边缘之间的最大翼展或最大距离是指机场指示器II，其被分类为A，B，C，D，E和F类，要求较高者为标准。

在一系列现代高技术局部战争中，夺取制空权已成为获得战争主动权的主要手段，正如同在海湾战争和科索沃战争表现的那样，对机场跑道的攻防就成为交战双方的重要作战任务。利用反机场跑道钻地弹对敌方机场进行攻击在战争中发挥着越来越重要的作用。因而对机场跑道贯穿的研究不仅在理论上有着重要的意义，更有着重大的现实意义。

2试验材料

2.1钻地子弹

因为用实弹进行试验研究，费用昂贵，在贯穿几何相似律成立情况下，我们开展了小尺寸钻地模拟子弹对混凝土靶板贯穿的模拟研究.由于该模拟子弹的弹径远小于弹道实验室的发射火炮口径，为了能使用该发射火炮，提高弹丸的出膛速度并保证外弹道的稳定性，我们使用脱壳尾翼稳定钻地子弹，钻地子弹弹芯主要由45#调治钢制成，弹托由航空高强度铝合金制成。

2.2靶板

用于本试验研究的类机场跑道靶板是严格按照混凝土机场跑道的配方和施工方法精心制成.配方如下（重量比）：

混凝土：水泥∶砂∶石子∶水=1∶1∶1.86∶0.37

其中：

水泥：标号520

砂：河砂，过筛清洗，筛网直径3mm

石子：硬质石灰岩，过筛清洗，筛网直径10mm以下，5mm以上

砂石按各比例成份均过称定量.水泥、砂子、石料三组份混合均匀后再加水搅拌，材料实验表明这样制成的混凝土块力学性能与机场跑道相当.我们所制的靶板尺寸为：直径500mm，厚度250mm，重量95kg.为减少靶板的径向边界效应，靶板外围用1mm钢板围起。

3弹道贯穿试验

3.1试验设备

侵彻试验所用弹靶如前所述，发射装置为30mm标准滑膛炮，用铝箔靶测出导通电信号，得到弹飞行L距离所用时间，进而求得弹在此段的平均速度.由于所测的L在4～5m，而弹丸的有效射程为5000m，所以在L以内弹丸速度的衰减很小，所以以L段的平均速度近似弹丸的入射速度是合理的，其误差可忽略不计。

但是在试验进行了几发后，出现了外弹道不稳现象，为了减小这种不稳定，我们决定减小炮管口到靶板的间距，但是由于弹托飞散的影响，这时原来的测时装置失去作用.经过现场分析，我们决定采用铜丝靶断路发信号，和铝箔靶组合测时方案，所得数据良好.

为测量弹丸贯穿靶板后的剩余速度装置.原则上，应该使用高速摄影机来记录弹道，以确定弹丸的各阶段速度.由于条件所限，我们采取措施，得到了令人满意的数据.

3.2试验结果和数据处理

严格而言，在做靶板侵彻和贯穿试验时，应该用与机场跑道等厚或略厚的靶板来进行，但使用这样的靶板现场操作难度将很大.由于试验为垂直入射，所用的靶板的厚度已有250mm厚，钻地子弹相对很小；靶板间接触面与入射方向垂直，并且靶板平面度很高，叠层靶板间充分接触.因此当用多块等厚的靶板重叠来模拟机场跑道时，重叠靶与等厚的单层靶的差异变得可以忽略.试验表明用多块等厚的靶板重叠来模拟机场跑道，大大改善了这种试验的可操作性。

Y—侵彻深度（m）；X-入射总动能（J/m）.

在把最大侵彻深度近似看为贯穿深度条件下，我们可近似预测弹丸的贯穿剩余速度：

V=2m[12mV02??B1+B12?4B2(A?Y)√2×B2]?

V=2m[12mV02--B1+B12-4B2(A-Y)2×B2]??——4

对#13弹的预测为：贯穿剩余速度429m/s，这与实际测得数据有一定的差别，主要是由于推导方程4用的数据为对半无限靶板侵彻的数据，而预测贯穿剩余速度所用的靶板为有限厚，有背面效应影响。

3.3试验数据与数值计算的对比

得出的与试验中相对应的最大侵彻深度，试验数据与数值计算结果是相互吻合的。

4结论

4.1该试验所得数据不仅分布集中，重复性好，而且分布趋势与客观物理规律相符合.因此我们可以说，这个试验是成功的，数据是有效的，可以用于进一步的研究中。

4.2在500m/s～800m/s入射速度下，使用这种弹丸，侵彻深度在27.1～51cm之间，这种损害对机场跑道是最难补救的，也是最难发现的.这对于飞行速度为该速度段的反机场跑道钻地子母弹的研究是非常有意义的。

4.3在试验中，发现入射速度较低的情况下，在侵彻过程中，发生弹丸受靶板不均匀影响，而产生终点弹道弯曲的现象，这对于研究跑道反空袭有一定意义。

5结束语

综上所述，本文总结了机场跑道混凝土靶板贯穿的试验的内容和方法，并对其中比较关键的流程进行了探讨，提出了一些比较有效的建议，希望可以为今后的相关工作提供参考。

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