張國祥++姜棟棟

摘 要：在常規(guī)武器系統(tǒng)設(shè)計中，聚能裝藥戰(zhàn)斗部占據(jù)了越來越重要的位置，各種結(jié)構(gòu)形式的裝藥得到了廣泛的應(yīng)用，有用于穿深防護反應(yīng)裝甲鋼板的聚能射流，也有用于穿深鋼筋混凝土的聚能射流，這里主要研究穿深鋼筋混凝土的聚能金屬射流，并有足夠的后效威力毀傷靶后的人員和裝備，并具有最大開坑半徑。

本文就聚能裝藥前級戰(zhàn)斗部的藥型罩形狀、結(jié)構(gòu)尺寸、材料選擇及裝藥進行設(shè)計，使之形成的射流平穩(wěn)，能夠有效穿透C35鋼筋混凝土1000mm并具有最大的開坑半徑。

關(guān)鍵詞：前級聚能戰(zhàn)斗部；聚能裝藥；射流侵徹；C35鋼筋混凝土

中圖分類號： TJ12.5 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）20-59-2

1 聚能戰(zhàn)斗部研究現(xiàn)狀

自上個世紀(jì)90年代以來，以美國為主要作戰(zhàn)國的歷次局部戰(zhàn)爭和軍事打擊行動中，鉆地彈都為其實現(xiàn)軍事目的乃至戰(zhàn)爭的勝利發(fā)揮了巨大的作用。美國裝備了大量鉆地彈，但主要都以動能型侵徹戰(zhàn)斗部為主，依靠彈體飛行動能侵徹到掩體內(nèi)部后，引爆彈內(nèi)的高能炸藥，毀傷目標(biāo)。

針對動能型侵徹戰(zhàn)斗部的缺點，20世紀(jì)80年初美國LLNL實驗室開發(fā)了兩級串聯(lián)侵徹戰(zhàn)斗部。串聯(lián)侵徹戰(zhàn)斗部由前級聚能裝藥、后級動能侵徹體、引信和殼體等組成。后級動能侵徹體內(nèi)裝有高能量、低敏感度炸藥。引信在最佳炸高點起爆前級聚能裝藥，依靠聚能裝藥所形成的高速粗大射流對鋼筋混凝土目標(biāo)進行有效的侵徹，后級動能侵徹體靠動能沿著前級開出的孔洞繼續(xù)侵徹，經(jīng)一定的延時后引爆后級裝藥，毀傷目標(biāo)。

2 聚能戰(zhàn)斗部簡介

聚能裝藥又稱成型裝藥或空心裝藥，裝藥的一端帶有金屬凹槽，即藥型罩。在另一端起爆后，產(chǎn)生高溫、高壓爆轟產(chǎn)物迅速壓垮金屬藥型罩，使其以高速在軸線上碰撞，形成能量密度更高的金屬射流，從而實現(xiàn)對靶體的侵徹。

3 影響射流侵徹的因素

3.1 炸藥

3.1.1 爆壓

炸藥的爆壓是影響侵徹威力的最主要因素，而爆壓由爆速和密度決定，不同炸藥的成型裝藥侵徹深度不同，試驗使用同樣的藥型罩及靶板，只改變炸藥種類。由爆炸動力學(xué)可知爆壓與炸藥密度和爆速存在以下關(guān)系：炸藥爆壓與侵徹深度存在線性關(guān)系，即爆壓越高侵徹深度也越大。

3.1.2 炸藥尺寸

在選用炸藥時，首先應(yīng)選用爆轟壓力高，密度和爆熱大的炸藥。此外，用于破甲彈的炸藥還應(yīng)具有低的機械感度、良好的強度和高的臨界應(yīng)力以保證發(fā)射安全，同時還應(yīng)有良好的成型性和熱安定性。

帶隔板的成型裝藥由主、副藥柱組成；不帶隔板的裝藥僅有主藥柱。不帶隔板的裝藥從罩頂?shù)窖b藥頂部一般取25～35mm。

3.2 隔板

采用隔板的目的是改變爆轟波形，使炸藥的能量較充分地作用在藥型罩上，提高作用在藥型罩上的爆壓。

隔板材料要求聲阻低、隔爆性能好、與炸藥相容性好、有一定的強度，而且密度小，常用的有膠布塑料、泡沫塑料等。除了使用塑料等惰性材料外，還可以使用低爆速的炸藥等活性塑料來制作隔板。

3.3 藥型罩

藥型罩應(yīng)選用熔點高、聲速高、密度大和動態(tài)塑性好的材料制造。

3.4 殼體

殼體能減小稀疏波作用，提高殼體的強度有利于提高炸藥的能量利用率。另外，殼體還能起殺傷作用。

4 前級聚能戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 藥型罩材料的選擇

對侵徹C35鋼筋混凝土的前級聚能戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，使之有效穿深1000mm鋼筋混凝土，并達到最大穿孔半徑。首先對藥型罩的材料及結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。藥型罩在爆炸載荷作用下，由于受擠壓而形成金屬射流。其材料的性質(zhì)應(yīng)為高密度，高塑性，高音速，強度應(yīng)適當(dāng)，熔點不能過低。高塑性是為了保證形成連續(xù)的射流、射流不因流動變形而過早的拉斷；對熔點的要求是為了不致在形成射流及高速運動過程中使材料汽化；而高音速是射流形成的力學(xué)條件所決定的。經(jīng)大量實驗證明，理想的藥型罩材料是銅。這里選用紫銅作為藥型罩的材料。紫銅的音速C=4760～5000m/s。

4.2 炸藥的選擇及藥型罩結(jié)構(gòu)設(shè)計

對于前級聚能戰(zhàn)斗部的設(shè)計，有三種方案構(gòu)思，通過三種方案對比選取最佳方案作為本次設(shè)計結(jié)果。

方案一

本文選用聚奧-8炸藥，密度為1.83g/cm-3，爆速為8900m/s，計算可得此炸藥的爆壓為36GPa。與其他炸藥綜合比較，其性能優(yōu)越于HMX/TNT。

本文針對C35鋼筋混凝土目標(biāo)，藥型罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計為雙錐罩，材料為紫銅，密度為8.9㎏/㎝3，兩錐角藥型罩的母線等長同為83mm，罩錐角為30°～60°。藥型罩直徑為136mm，藥型罩采取等壁厚，壁厚為？啄=2.6mm，質(zhì)量m=0.566㎏，采用無隔板結(jié)構(gòu)，主裝藥為聚奧-8，密度為1.83g/cm3，裝藥質(zhì)量為3.49kg。殼體厚度為2mm，材料為45號鋼。裝藥前端采用尖端中心引爆方式。裝藥直徑136mm，主裝藥高度201mm，炸高為500mm。

4.3 聚能戰(zhàn)斗部威力計算

本文利用射流穿深鋼板的等效模型來計算射流穿深鋼筋混凝土。

戰(zhàn)斗部的威力由穿深經(jīng)驗公式計算如下：

5 試驗結(jié)果

通過三種前級聚能戰(zhàn)斗部的方案設(shè)計對比分析可以看出，三種方案都能夠很容易達到設(shè)計要求，但是侵徹孔徑不同，第一種方案采用30°～60°錐角等壁厚，能夠達到穿深要求，但是侵徹孔徑較小且浪費大量炸藥。方案二采用60°～90°錐角等壁厚，也能夠達到侵徹深度的要求，方案三藥型罩的設(shè)計采用30°～60°錐角變壁厚，其在侵徹深度的計算結(jié)果可以看出，比第一種方案侵徹深度相差不大。但是由于是變壁厚，在加工生產(chǎn)過程中比較困難，所以從加工工藝及經(jīng)濟性能綜合考慮，本次課程設(shè)計采用第二種方案。在滿足穿深C35鋼筋混凝土目標(biāo)同時具有較大的穿深孔徑，基本能夠保證后級隨進彈的順利隨進。

6 140口徑聚能戰(zhàn)斗部打靶試驗結(jié)果

參 考 文 獻

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