杜海文,何 超,韓天一,王世英

(西安近代化學(xué)研究所，西安 710065)

0 引言

云爆戰(zhàn)斗部通過(guò)爆炸拋撒云爆劑形成覆蓋一定范圍的FAE云團(tuán)，經(jīng)一定延遲時(shí)間后，二次起爆云霧，云霧爆轟形成沖擊波效應(yīng)、熱效應(yīng)、窒息效應(yīng)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的綜合毀傷。其中，爆炸沖擊波是云爆戰(zhàn)斗部主要的毀傷源[1]。影響云爆戰(zhàn)斗部爆轟場(chǎng)威力的因素主要有兩方面：一是云爆戰(zhàn)斗部自身的威力性能參數(shù)，即云爆藥劑自身能量、云團(tuán)內(nèi)在的質(zhì)量-燃料的粒度和在空氣中的濃度、云團(tuán)的形狀等[2]；二是云爆戰(zhàn)斗部終點(diǎn)狀態(tài)，即戰(zhàn)斗部終點(diǎn)作用時(shí)的落角、云團(tuán)離地高度、二次起爆位置等。由于導(dǎo)彈、航彈等武器平臺(tái)的自身特性，在作用終點(diǎn)時(shí)，戰(zhàn)斗部具有一定的落角、炸高等；同時(shí)，云爆戰(zhàn)斗部由于自身的特殊性，通過(guò)云團(tuán)大范圍覆蓋，爆轟毀傷目標(biāo)，因此，開展云爆戰(zhàn)斗部終點(diǎn)落角、云團(tuán)炸高及二次起爆位置等終點(diǎn)作用參數(shù)對(duì)威力場(chǎng)的影響研究，對(duì)充分發(fā)揮云爆戰(zhàn)斗部的爆轟威力至關(guān)重要。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于云爆戰(zhàn)斗部爆炸威力的研究工作[3-7]主要側(cè)重于特殊工況下的威力場(chǎng)分布特性研究，對(duì)終點(diǎn)落角、云團(tuán)炸高及二次起爆位置對(duì)云霧爆炸威力場(chǎng)的影響研究較少。黃菊等[8]對(duì)炸高影響爆炸超壓的規(guī)律進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究，得出一次引爆型云爆裝藥最佳炸高條件下沖擊波超壓隨對(duì)比距離的衰減曲線。徐敏瀟等[9]研究了不同二次起爆藥量和二次起爆方式的爆炸超壓變化規(guī)律。

文中針對(duì)二次起爆型云爆戰(zhàn)斗部終點(diǎn)狀態(tài)，通過(guò)試驗(yàn)方法，得到了不同落角、云團(tuán)炸高及二次起爆位置的云團(tuán)爆轟地面反射壓數(shù)據(jù)，獲取了戰(zhàn)斗部終點(diǎn)參數(shù)對(duì)爆轟壓力場(chǎng)的影響規(guī)律，對(duì)云爆戰(zhàn)斗部與武器平臺(tái)的適配設(shè)計(jì)提供參考。

1 試驗(yàn)裝置及測(cè)試布設(shè)

1.1 試驗(yàn)測(cè)試儀器

地面反射壓測(cè)試系統(tǒng)由壓力傳感器、信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。壓力傳感器，選用PCB公司的113B系列沖擊波傳感器；信號(hào)調(diào)理模塊選用Kistler 5148 M06信號(hào)調(diào)理模塊；數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)由Elsys TraNET PPCe-16機(jī)箱、數(shù)據(jù)采集模塊TPCE-1016-8S及TtanAX3數(shù)據(jù)采集軟件等組成。高速攝影儀型號(hào)為Fastcam Mini UX100。

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置由殼體、云爆劑、拋撒藥、雷管等組成，殼體為薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，材料為2A12鋁材料，尺寸為Φ216 mm×390 mm；云爆劑為液體燃料環(huán)氧丙烷，裝填在殼體中，裝藥質(zhì)量8.6 kg；拋撒藥質(zhì)量200 g，裝填在殼體中心管內(nèi)；雷管裝配在中心拋撒藥柱上端面。試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。二次起爆采用單點(diǎn)起爆，二次起爆裝置延遲時(shí)間50 ms，起爆藥量為200 g，起爆采用有線多路精確延時(shí)起爆裝置，起爆雷管選用48#雷管。

圖1 試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 試驗(yàn)方案及測(cè)試布設(shè)

試驗(yàn)時(shí)，將試驗(yàn)裝置放置于高為H的彈架上，其軸線在地面的投影為爆心。試驗(yàn)裝置軸線與水平面的夾角θ稱為落角，二次起爆裝置布設(shè)在距離爆心的水平距離x、垂直距離y的位置。地面反射壓傳感器布設(shè)在距爆心距離分別為4 m、6 m、8 m、10 m、12 m、15 m、18 m、21 m的測(cè)線上，與二次起爆裝置反向共線。高速攝影儀布設(shè)在距離爆心不小于150 m的空曠地面，拍攝視場(chǎng)無(wú)障礙物。試驗(yàn)場(chǎng)布局如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)場(chǎng)布局

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 落角對(duì)地面反射壓的影響

圖3所示為不同落角拋撒云團(tuán)形態(tài)，戰(zhàn)斗部落角90°時(shí)，云團(tuán)基本水平覆蓋在地面上方；戰(zhàn)斗部落角65°時(shí)，一部分拋撒云團(tuán)貼近地面，一部分遠(yuǎn)離地面。

圖3 不同落角云團(tuán)形態(tài)

扁平狀云霧爆轟后，云霧爆轟波以近似橢球形膨脹擴(kuò)展。云霧爆轟后的沖擊波等壓線如圖4所示，戰(zhàn)斗部落角90°時(shí)，拋撒云團(tuán)沿徑向水平分布，爆轟波沿徑向逐漸衰減，在相同半徑上，地面?zhèn)鞲衅鳒y(cè)試所得的地面反射壓值理論上是相同，由于云霧濃度分布不均勻以及測(cè)試誤差等，相同半徑的反射壓測(cè)試數(shù)值有差異，但差異較小，基本可認(rèn)為云霧區(qū)內(nèi)外壓力分布比較均勻，根據(jù)爆轟沖擊波衰減規(guī)律，不同徑向半徑處(X1P2>P3>P4>P5。戰(zhàn)斗部落角65°時(shí)，根據(jù)爆轟沖擊波等壓線分布圖可知，云霧遠(yuǎn)離地面一側(cè)：-X1處的地面反射壓小于P1，-X2處的地面反射壓小于P2，-X3處的地面反射壓小于P3，-X4處的地面反射壓小于P4，-X5處的地面反射壓小于P5；云霧靠近地面一側(cè)：X1處的地面反射壓大于P1，X2處的地面反射壓大于P2，X3處的地面反射壓小于P3，X4處的地面反射壓小于P4，X5處的地面反射壓小于P5，云霧區(qū)內(nèi)外壓力分布不均勻。

圖4 不同落角云霧爆轟沖擊波等壓線分布圖

表1 不同落角試驗(yàn)裝置地面反射壓數(shù)據(jù)

2.2 云團(tuán)炸高對(duì)地面反射壓的影響

云爆戰(zhàn)斗部拋撒形成的云團(tuán)距離地面的高度，簡(jiǎn)稱云團(tuán)炸高h(yuǎn)。試驗(yàn)通過(guò)調(diào)整彈架高度H，獲取不同的云團(tuán)炸高h(yuǎn)，通過(guò)二次起爆云團(tuán)，獲取不同云團(tuán)炸高的地面反射壓威力參數(shù)。圖5所示為不同炸高的云團(tuán)形態(tài)。

表2 不同炸高云團(tuán)的地面反射壓數(shù)據(jù)

2.3 二次起爆位置對(duì)地面反射壓的影響

通過(guò)改變二次起爆裝置起爆位置(x,y)的值，獲得二次起爆裝置在云團(tuán)內(nèi)的起爆位置(h1,h2)，其中，h1表示二次起爆裝置與云團(tuán)中心的徑向水平距離，h2表示二次起爆裝置與云團(tuán)下邊緣的垂向距離。

圖6所示為二次起爆裝置徑向水平距離h1固定(h1=1 m)時(shí)，不同垂直距離h2的云霧起爆試驗(yàn)照片(T表示云團(tuán)高度)，表3所示為不同h2的云團(tuán)爆轟地面反射壓數(shù)據(jù)。

圖6 不同h2的云團(tuán)

表3 不同h2的云團(tuán)爆轟地面反射壓數(shù)據(jù)

表4所示為二次起爆裝置垂直距離h2固定(h2=0.45T)時(shí)，改變水平距離h1，得到的二次起爆裝置位于不同云團(tuán)徑向位置的試驗(yàn)裝置地面反射壓數(shù)據(jù)。

表4 不同h1的云團(tuán)地面反射壓數(shù)據(jù)

分析認(rèn)為，在云團(tuán)垂向0.3T～0.7T范圍內(nèi)，云霧濃度分布呈中間高上下邊緣低的趨勢(shì)；在云團(tuán)徑向1/3R區(qū)域內(nèi)，云霧濃度較為稀薄，在1/3R≤h1≤2/3R區(qū)域內(nèi)，云霧濃度分布較高。云霧濃度分布較高區(qū)域，云霧處于爆炸濃度極限中上限，二次起爆裝置在此區(qū)域內(nèi)直接起爆云霧，云霧爆轟輸出能量高，地面反射壓最高。在云霧濃度較為稀薄，云霧處于爆炸濃度極限下限，二次起爆裝置在此區(qū)域內(nèi)起爆云霧存在較長(zhǎng)區(qū)域的燃燒轉(zhuǎn)爆轟過(guò)程，降低了云霧的爆轟能量輸出，云霧爆轟的地面反射壓較低。

由上可知，地面反射壓的大小隨二次起爆裝置在云霧區(qū)垂向距離h2和徑向距離h1的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)。

3 結(jié)論

1)戰(zhàn)斗部落角越大，云霧爆轟地面反射壓越大，爆轟壓力場(chǎng)分布越均勻，90°落角的地面反射壓力最高。

2)炸高越低，云霧區(qū)內(nèi)壓力越高，云霧邊緣及中遠(yuǎn)場(chǎng)壓力越低。隨著云團(tuán)炸高的增加，云霧區(qū)壓力降低，云霧邊緣及中遠(yuǎn)場(chǎng)壓力增高。至最佳云團(tuán)炸高后，云霧區(qū)壓力繼續(xù)降低，云團(tuán)邊緣及中場(chǎng)區(qū)域壓力降低，遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域壓力增高。

3)地面反射壓的大小隨二次起爆裝置在云霧區(qū)垂向距離h2和徑向距離h1的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)。