爆風と破片の威力範囲の比較

［目的］
　同重量の爆薬と破片榴弾の威力範囲を比較し、爆風効果と破片効果の範囲を比較した。

［内容］
●C4爆薬の爆発中心からの距離とピーク過圧（爆風圧）の関係
　C4爆薬（10kg、L/D=1）の爆発中心からの距離とピーク過圧（爆風圧）の関係を表１および図１に、C4爆薬（50kg、L/D=1）の同関係を表２および図２に、C4爆薬（50kg、L/D=1/16）の同関係を表３および図３に示す。なお、L/Dとは、爆薬の形状で、L/D=1とは、直径：D、長さ：Lの関係が1対1の場合を、L/D=1/16とは、直径：D、長さ：Lの関係が1対16の場合（つぶれた円筒形状）を表している。なお、表中の0°、120°、240°は、0°を北とし時計回りに120°および240°の位置での測定結果であり、平均はそれら測定結果の平均値である。近似は、距離とピーク圧の関係を累乗近似した式から算出した値である。また、グラフ中の青の菱形が実験値（平均）、黒い線が累乗近似式による曲線、図中の数式が近似式である。実験では、爆発中心からもっとも近い測定位置が50mであるが、今回はそれより近い位置での考察が必要であり、各表には、距離5m、10m、25mにおけるピーク圧の近似値を表示している。
　なお、本データは、宇宙開発事業団の「固体推進薬衝突実験の爆発音被害に係る検討チーム最終報告書」（URL：http://www.nasda.go.jp/Home/Press/j/1997/199708/kotai_970827_a_j.html）より抜粋した。

表１　爆発中心距離と爆風のピーク過圧の関係（C-4爆薬10kg、L/D比=1）
距離[m] ピーク過圧[kPa]
0° 120° 240° 平均 近似
5.0 - - - - 94.81
10.0 - - - - 38.94
25.0 - - - - 12.01
50.0 5.53 4.26 5.16 4.98 4.93
79.5 3.00 2.32 2.53 2.62 2.72
126.0 1.90 1.47 1.42 1.60 1.51
175.0 - - 0.95 0.95 0.99
200.0 1.00 0.68 - 0.84 0.83
「固体推進薬衝突実験の爆発音被害に係る検討チーム最終報告書」　宇宙開発事業団
（URL：http://www.nasda.go.jp/Home/Press/j/1997/199708/kotai_970827_a_j.html）より

表２　爆発中心距離と爆風のピーク過圧の関係（C-4爆薬50kg、L/D比=1）
距離[m] ピーク過圧[kPa]
0° 120° 240° 平均 近似
5.0 - - - - 232.98
10.0 - - - - 92.56
25.0 - - - - 27.32
50.0 11.16 9.68 11.37 10.74 10.85
79.5 6.21 5.68 5.47 5.79 5.85
126.0 3.58 3.16 3.37 3.37 3.17
175.0 - - 2.00 2.00 2.05
200.0 1.90 1.47 - 1.69 1.71
「固体推進薬衝突実験の爆発音被害に係る検討チーム最終報告書」　宇宙開発事業団
（URL：http://www.nasda.go.jp/Home/Press/j/1997/199708/kotai_970827_a_j.html）より

表３　爆発中心距離と爆風のピーク過圧の関係（C-4爆薬50kg、L/D比=1/16）
距離[m] ピーク過圧[kPa]
0° 120° 240° 平均 近似
5.0 - - - - 193.11
10.0 - - - - 83.72
25.0 - - - - 27.73
50.0 12.53 12.00 11.58 12.04 12.02
79.5 8.11 6.11 6.63 6.95 6.87
126.0 4.21 3.47 4.00 3.89 3.94
175.0 - - 2.53 2.53 2.65
200.0 2.32 2.42 - 2.37 2.26
「固体推進薬衝突実験の爆発音被害に係る検討チーム最終報告書」　宇宙開発事業団
（URL：http://www.nasda.go.jp/Home/Press/j/1997/199708/kotai_970827_a_j.html）より

●爆風圧と人体への被害の関係
　爆風圧と人体への被害の関係を表４に示す。爆風圧による人体への被害の代表的なものは、１）圧力による人体そのものの破壊（いわゆる圧死）、２）圧力の急激な変化による肺出血などが上げられる。C4爆薬の爆風のような、正圧保持時間が400msであるような比較的速い爆発については、爆圧により90％の人が圧死する圧力は379〜448kPa、この死亡率が1％以下になる圧力は241〜310kPaである。一方、圧死しない圧力でも、肺の組織は、圧力の急激な変化に耐えられず組織破壊による出血を起こし、結果として死に至る。爆圧により90％の人が肺出血で死亡する圧力は200kPaであり、この死亡率が1％以下になる圧力は100kPaである。
　予断だが、爆風により、建物のガラスの90％が破損する爆風圧は6.2kPa、破損率が1％以下になる爆風圧は、1.72kPaである（表５参照）。
　また、爆風圧による人体の破壊については、41kPaにおいては鼓膜破壊が、35kPaにおいては鼻からの出血が、13kPaにおいては副鼻腔の浮腫が発生する（「人間の許容限界ハンドブック1990」　朝倉書店より）。

表４　爆風圧と人体への被害の関係
1％（限界）死亡率における爆風圧 90％死亡率における爆風圧 備考
圧死 35−45psi(241−310kPa) 55-65psi(379-448kPa) Glasstone：1962
肺出血 14.5psi(100kPa) 29.0psi(200kPa) Eisenberg等：1975
「産業安全工学ハンドブック」海文堂（１９８９）Ｆ．Ｐ．リー著、井上威恭、上原陽一監訳より

　

表５　爆風圧とガラスへの被害の関係
1％（限界）破損率における爆風圧 90％破損における爆風圧 備考
ガラス 0.25psi（1.72kPa） 0.9psi(6.2kPa) Eisenberg等：1975
「産業安全工学ハンドブック」海文堂（１９８９）Ｆ．Ｐ．リー著、井上威恭、上原陽一監訳より

●C4爆薬の威力範囲の推定
　前述のデータ（表４〜５）から、戦闘において兵士を無力化する爆風圧は、直接的には判らない。一方、100kPa程度の圧力であれば、死に至らないまでも無力化できる可能性があると推察される。よって、威力範囲のしきい値としては、この値（100kPa）を採用することとする。近似式から算出した各爆風圧における爆発中心からの距離を表６に示す。表６を見ると、C4爆薬10kgでは、100kPaの爆風圧が得られる爆発中心からの距離は4.8m、C4爆薬50kg、L/D=1では、同9.4m、C4爆薬50kg、L/D=1/16では、同8.6mであることが判る。この結果から、10kgのC4爆薬の爆風威力範囲は5m程度、50kgのC4爆薬の威力範囲は10m程度と考えられる。

表６　近似式から算出した各爆風圧における爆発中心から距離
1.72kPa 6.2kPa 100kPa 200kPa 241kPa 310kPa 379kPa 448kPa
C4爆薬10kg、L/D=1 113.6m 41.8m 4.8m 2.8m 2.4m 2.0m 1.7m 1.5m
C4爆薬50kg、L/D=1 199.4m 76.1m 9.4m 5.6m 4.9m 4.0m 3.5m 3.1m
C4爆薬50kg、L/D=1/16 250.8m 86.6m 8.6m 4.6m 4.2m 3.4m 2.9m 2.5m

●破片榴弾の威力範囲
　陸上自衛隊の火砲の榴弾について、弾丸重量の立方根と威力半径の関係を表７と図１に示す（なお、榴弾の威力範囲の定義については、こちらを参照のこと）。一般的に榴弾の威力範囲は、弾丸重量の立方根に比例する傾向がある。陸上自衛隊の火砲についても、同様であり、近似式は、以下で示される。

Y=12.929X-7.1001、相関係数R^2=0.9932、ただし、X：弾丸重量の立方根、Y：威力半径[m]

相関係数は、0.9932と信頼性が高いことが判る。この近似式に、前述のC4爆薬の重量である10kgおよび50kgの立方根を代入すると、威力半径はそれぞれ、約20mと約40mと計算される（表７の水色の部分）。

表７　弾丸重量の立方根と威力半径の関係（陸上自衛隊）
砲名称 砲弾名称 直径 弾丸重量 弾丸重量の立方根 炸薬重量 炸薬／重量比 威力半径 威力半径（近似） 比
正面幅 縦深 平均
[mm] [kg] [kg] [％] [m] [m] [m] [m]
203mm榴弾砲M2 M106榴弾 203 90.7 4.5 16.67 18.4 75 30 53 51 1.03
− 弾量50kgの榴弾 50.0 3.7 41
75式自走155mm榴弾砲 M107榴弾 155 43.9 3.5 6.96 15.9 45 30 38 39 0.97
75式榴弾 155 43.6 3.5 6.80 15.6 45 30 38 38 0.98
155mm加農砲M2 M101榴弾 155 43.4 3.5 7.20 16.6 45 30 38 38 0.98
74式自走105mm榴弾砲 M1榴弾 105 15.0 2.5 2.13 14.2 30 20 25 25 1.01
74式榴弾 105 14.2 2.4 2.68 18.9 30 20 25 24 1.03
− 弾量10kgの榴弾 10.0 2.2 21
75mm榴弾砲M1A1 M48榴弾 75 6.7 1.9 0.63 9.4 20 15 18 17 1.01

●破片榴弾とC4爆薬の威力半径の比較
　破片榴弾と爆薬の威力半径の比較表を表８に示す。10kgのC4爆薬の威力半径は約5m、同重量の破片榴弾の威力半径は約20mである。また、50kgのC4爆薬の威力半径は約10m、同重量の破片榴弾の威力半径は約40mである。この結果から、破片榴弾は、同重量の爆薬の約4倍の威力範囲を持つことが判る。

表８　破片榴弾とC4爆薬の威力範囲の比較
重量 威力半径[m]
C4爆薬 破片榴弾
10kg 5 20
50kg 10 40

●まとめと考察
　以上の結果から、破片効果と爆風効果では、破片効果方が威力範囲がはるかに広いことが判った。これは、爆風（気体）と比較して、破片の重量が大きく、空気抵抗による減衰が少ないためである。この結果から、開けた地形で、暴露されている目標に対しては、爆風爆弾より破片爆弾の方が効果的であることが判る。

以上

参考WebSite：
・「固体推進薬衝突実験の爆発音被害に係る検討チーム最終報告書」　宇宙開発事業団
URL：http://www.nasda.go.jp/Home/Press/j/1997/199708/kotai_970827_a_j.html

参考文献：
・「産業安全工学ハンドブック」　海文堂　Ｆ．Ｐ．リー著、井上威恭、上原陽一監訳
・「人間の許容限界ハンドブック1990」　朝倉書店

作成：2002/04/21 Ichinohe_Takao
更新：2002/09/15 Ichinohe_Takao