戴蕭嫣

（中北大學(xué) 儀器與電子學(xué)院，山西 太原 030051）

0 引言

為了對(duì)付日益先進(jìn)的裝甲防護(hù)與地下工事，特別是隨著近年來(lái)間隙裝甲、復(fù)合裝甲和爆炸式反應(yīng)裝甲的出現(xiàn)與飛速發(fā)展，普通破甲彈的破甲能力越來(lái)越被削弱了。因此預(yù)示著對(duì)于串聯(lián)聚能裝藥戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和研究有了迫切的需要。

聚能裝藥是指把定向爆炸的藥柱裝在彈頭，即做成錐形狀裝藥空穴，藥柱爆炸時(shí)產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物會(huì)沿著空穴表面法線(xiàn)方向作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，在空穴軸線(xiàn)上相遇并聚集起來(lái)，形成一股聚集的高能氣流——射流，故稱(chēng)之為聚能效應(yīng)。聚能裝藥是一種能夠產(chǎn)生高能量密度的技術(shù)，它在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，尤其是在軍事領(lǐng)域。為了提高聚能裝藥的毀傷能力，人們無(wú)外乎從兩個(gè)方面入手：一是尋找高性能的炸藥和優(yōu)良的罩材料；二是提出新穎的聚能罩結(jié)構(gòu)或裝藥結(jié)構(gòu)。本文設(shè)計(jì)的二級(jí)串聯(lián)聚能裝藥就是合適的選擇。

1 二級(jí)串聯(lián)聚能裝藥設(shè)計(jì)要求

二級(jí)串聯(lián)聚能裝藥戰(zhàn)斗部絕不是各級(jí)聚能裝藥的簡(jiǎn)單拼湊，而是有序合理的組合。二級(jí)串聯(lián)聚能裝藥射流的形成是通過(guò)特殊的藥型罩壓垮后形成的呈同軸分布的兩金屬射流經(jīng)相互疊加作用而成，要求形成的兩金屬射流運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)并相互加強(qiáng)、充分拉長(zhǎng)、斷裂時(shí)間延長(zhǎng)，從而增大孔徑并且提高破甲深度。表1為國(guó)外典型串聯(lián)聚能裝藥戰(zhàn)斗部技術(shù)性能的比對(duì)。

表1 國(guó)外典型串聯(lián)聚能裝藥戰(zhàn)斗部技術(shù)性能

二級(jí)串聯(lián)聚能裝藥結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)過(guò)程是：當(dāng)破甲彈命中目標(biāo)時(shí)，后級(jí)裝藥爆炸壓垮藥型罩形成金屬射流，其在頭部的速度較快，并迅速通過(guò)兩級(jí)裝藥的圓柱形通道，此時(shí)前級(jí)炸藥被引爆，爆轟產(chǎn)物推動(dòng)藥型罩向軸線(xiàn)方向運(yùn)動(dòng)，金屬射流在藥型罩軸線(xiàn)方向與后級(jí)射流發(fā)生匯聚，形成了兩個(gè)同軸的金屬射流，各射流內(nèi)的速度梯度使它們?cè)谛纬珊蟮倪\(yùn)動(dòng)過(guò)程中相互增強(qiáng)，從而延長(zhǎng)每段金屬射流的斷裂時(shí)間，使射流拉得更長(zhǎng)，并保持金屬射流的穩(wěn)定性，進(jìn)一步加大金屬射流的長(zhǎng)度及破孔直徑，從而大幅度提高其侵徹能力。

二級(jí)串聯(lián)聚能裝藥破甲能力的關(guān)鍵是各級(jí)裝藥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如果設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理，各級(jí)裝藥形成的射流就會(huì)互相干擾，反而使威力下降。

設(shè)計(jì)多級(jí)聚能裝藥結(jié)構(gòu)時(shí)，其中最重要的設(shè)計(jì)要求有：①?gòu)椡柙谕鈴椀郎系倪\(yùn)動(dòng)對(duì)射流的碰擊點(diǎn)不產(chǎn)生太大影響；②多股射流碰擊靶板時(shí)盡量在非常接近的點(diǎn)上；③應(yīng)嚴(yán)格選定各裝藥起爆時(shí)間之間的延遲，同時(shí)應(yīng)考慮炸高、兩股射流相碰擊的危險(xiǎn)；④距離靶板的炸高盡可能地根據(jù)攻擊目標(biāo)來(lái)選定；⑤在起爆期間，第一裝藥不對(duì)第二裝藥造成損壞或使它位移太大；⑥第一股射流與靶板的相互作用不應(yīng)對(duì)第二裝藥影響太大。

2 數(shù)值仿真

二級(jí)串聯(lián)聚能裝藥可以在已經(jīng)具備的研究條件基礎(chǔ)上，參照已有的國(guó)內(nèi)外研究成果進(jìn)行戰(zhàn)斗部總體結(jié)構(gòu)技術(shù)的系統(tǒng)分析和研究，使裝藥、引爆系統(tǒng)以及戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)達(dá)到最佳匹配。根據(jù)分析，建立數(shù)學(xué)模型，并編制計(jì)算機(jī)程序，用試驗(yàn)結(jié)果不斷地對(duì)建立的模型加以修正，以達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)，獲得最大破甲深度的目的。本設(shè)計(jì)假設(shè)：炸藥、藥型罩和殼體材料為均勻連續(xù)介質(zhì)，爆炸過(guò)程為絕熱過(guò)程，裝藥結(jié)構(gòu)為嚴(yán)格的面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。對(duì)線(xiàn)型聚能裝藥射流形成的過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)合正交設(shè)計(jì)方法，對(duì)影響線(xiàn)型聚能裝藥射流侵徹的主要因素（如藥型罩頂角、厚度、母線(xiàn)長(zhǎng)、炸藥高度等）進(jìn)行正交分析，得出聚能裝藥結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化組合。

圖1 二級(jí)聚能裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

本聚能裝藥設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是在現(xiàn)有聚能裝藥結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，以爆炸力學(xué)及成型裝藥理論和長(zhǎng)期研究工作為基礎(chǔ)，通過(guò)改變裝藥結(jié)構(gòu)而演化出的一種具有緊湊串聯(lián)聚能裝藥結(jié)構(gòu)的全新聚能裝藥射流成形及增效技術(shù)，從而使聚能裝藥破甲技術(shù)得到突破性的發(fā)展。而傳統(tǒng)的聚能裝藥結(jié)構(gòu)是一成熟的技術(shù)，其工藝實(shí)現(xiàn)可行性早已得到解決，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的緊湊串聯(lián)聚能裝藥結(jié)構(gòu)的工藝實(shí)現(xiàn)可行性是可以參照以往的方法和經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)研究得到妥善解決。通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真計(jì)算初步縮比模型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，在原有簡(jiǎn)單聚能裝藥結(jié)構(gòu)即藥型罩／炸藥裝藥的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)整體串聯(lián)藥型罩／串聯(lián)裝藥。該結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真的性能數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表2。其中，L為聚能裝藥長(zhǎng)度，D為藥型罩最大外徑，m罩為藥型罩總質(zhì)量，m藥為炸藥裝藥質(zhì)量，m射為形成射流的總質(zhì)量，v射為射流頭部速度，d射為射流直徑，d射／D為射流的相對(duì)平均直徑，l為穿深；l／D為相對(duì)破甲深度。

表2 仿真結(jié)果

上述結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于通過(guò)罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，使罩母線(xiàn)長(zhǎng)度增加，同時(shí)相應(yīng)地增加炸藥裝藥，在罩與裝藥合理匹配的情況下，使聚能裝藥形成的射流質(zhì)量獲得提高，使射流在速度及結(jié)構(gòu)方面可依據(jù)打擊目標(biāo)的需要進(jìn)行調(diào)整的充裕度增加。串聯(lián)罩成型裝藥單元的混凝土開(kāi)坑直徑不小于0.5倍裝藥直徑，深度不小于10倍裝藥直徑。

通過(guò)科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，精準(zhǔn)的加工制造，可獲得高效、性能穩(wěn)定的聚能裝藥單元模塊，從而為模塊的結(jié)構(gòu)組合提供技術(shù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)適應(yīng)戰(zhàn)術(shù)需求的侵徹／殺破威力目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)對(duì)于聚能爆炸裝藥結(jié)構(gòu)的研究只是處于初步發(fā)展階段，國(guó)外在這方面起步早，發(fā)展水平高，但實(shí)際應(yīng)用侵徹能力的表現(xiàn)也很有限。依據(jù)我國(guó)的國(guó)情、國(guó)力及綜合發(fā)展水平，現(xiàn)時(shí)期大力開(kāi)展聚能爆炸裝藥結(jié)構(gòu)的研究最為適宜，通過(guò)對(duì)二級(jí)聚能裝藥結(jié)構(gòu)參數(shù)的數(shù)值仿真，使侵徹深度得到進(jìn)一步的提高。在有利的時(shí)機(jī)，依托適宜的運(yùn)載平臺(tái)，進(jìn)行相應(yīng)的研發(fā)。

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