動(dòng)態(tài)線列式破片戰(zhàn)斗部技術(shù)探索

梁爭峰,袁寶慧,程淑杰,劉惠玲

(1.西安近代化學(xué)研究所,陜西 西安710065)

引 言

早期的破片戰(zhàn)斗部受導(dǎo)彈制導(dǎo)精度、引信技術(shù)以及戰(zhàn)斗部自身技術(shù)的制約,多為大飛散角戰(zhàn)斗部,主要發(fā)展圓筒形和腰鼓形戰(zhàn)斗部。圓筒形破片戰(zhàn)斗部飛散角一般為12°左右[1],典型型號(hào)為前蘇聯(lián)20πK-5 空空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部和美國響尾蛇1A 型空空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部。為進(jìn)一步提高防空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部破片的打擊命中概率,世界各國還研制了多型腰鼓形大飛散角破片戰(zhàn)斗部,如法國馬特拉R530 導(dǎo)彈T-110 破片戰(zhàn)斗部和前蘇聯(lián)地空導(dǎo)彈殺傷戰(zhàn)斗部[2]。由于大飛散角戰(zhàn)斗部破片分布密度較低,對(duì)目標(biāo)的毀傷效應(yīng)主要體現(xiàn)為多個(gè)獨(dú)立破片穿孔毀傷[3-4];而且破片軸向速度差較為顯著,在動(dòng)態(tài)交匯條件下,破片穿孔帶寬將由于速度梯度而被拉寬。因此,為了提高對(duì)目標(biāo)的結(jié)構(gòu)毀傷效應(yīng),世界各軍事強(qiáng)國紛紛開始研究聚焦破片戰(zhàn)斗部。

聚焦破片戰(zhàn)斗部聚焦帶內(nèi)破片密度大幅度提高,宏觀上可在目標(biāo)上形成一個(gè)密集的穿孔、撕裂和應(yīng)力集中“切割帶”,能夠?qū)?dǎo)彈類目標(biāo)實(shí)施“帶切割式”結(jié)構(gòu)毀傷[5-6]。此外,由于裝藥采用了凹面聚焦特征曲線設(shè)計(jì),在很大程度上消除了端面稀疏波的影響,使軸向破片速度趨于一致。典型的聚焦破片戰(zhàn)斗部為法國的地空導(dǎo)彈R-440 戰(zhàn)斗部。雖然聚焦破片戰(zhàn)斗部極大提升了對(duì)導(dǎo)彈類目標(biāo)的切割式結(jié)構(gòu)毀傷效應(yīng),但其產(chǎn)生的切割仍然具備一定寬度,即聚焦帶寬,依然是一個(gè)“帶切割”。為了進(jìn)一步提高破片戰(zhàn)斗部在實(shí)戰(zhàn)中對(duì)導(dǎo)彈類目標(biāo)的切割式結(jié)構(gòu)毀傷,提出了動(dòng)態(tài)線列式破片戰(zhàn)斗部技術(shù)。

本研究論述了動(dòng)態(tài)線列式破片戰(zhàn)斗部的作用原理、特點(diǎn)和優(yōu)勢,初步探索了其工程設(shè)計(jì)方法,同時(shí)利用數(shù)值模擬和原理樣機(jī)試驗(yàn)方法驗(yàn)證了該戰(zhàn)斗部作用原理及設(shè)計(jì)方法的正確性和可行性,為今后該類戰(zhàn)斗部技術(shù)推廣和型號(hào)研制提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

1 動(dòng)態(tài)線列式破片戰(zhàn)斗部作用原理及設(shè)計(jì)方法

1.1 作用原理

動(dòng)態(tài)線列式破片戰(zhàn)斗部破片作用原理是通過控制每個(gè)破片飛散方向及在目標(biāo)靶上的落點(diǎn)使穿孔呈線列式分布,同時(shí)通過裝藥外曲線使軸向破片速度一致。破片飛散方向由破片軸向飛散方向和周向飛散方向確定。

在軸對(duì)稱起爆條件下,殺傷戰(zhàn)斗部破片在靶板上落點(diǎn)的周向坐標(biāo)值為破片質(zhì)心與軸線組成平面的周向坐標(biāo)值,如圖1 所示。其中,R 為破片組合體中破片的列,L 為破片組合體中破片的行。

圖1 R1列破片穿孔周向坐標(biāo)值示意圖Fig.1 Schematic diagram of fragment perforation coordinate values of row R1in circumferential direction

由于戰(zhàn)斗部預(yù)制破片組合體采用了聚焦特征曲線結(jié)構(gòu),因此絕大部分破片均勻分布于0.2 ～0.3 m寬的聚焦帶內(nèi),只有前后端各1 ～2 排破片由于端面稀疏波的影響,其穿孔會(huì)分布于聚焦帶外;而且穿孔呈現(xiàn)出中間間距小,兩端逐步增大的特點(diǎn);此外,破片穿孔沿軸向前后順序與戰(zhàn)斗部初始裝配順序相同。由此可以確定出每個(gè)破片在靶板上穿孔的軸向坐標(biāo)值,如圖2 所示。

綜上所述,通過合理利用戰(zhàn)斗部破片周向和軸向飛散規(guī)律,可以實(shí)現(xiàn)破片在靶板上穿孔線列式分布的目的。

1.2 破片線列式分布設(shè)計(jì)方法

綜合分析戰(zhàn)斗部破片周向和軸向飛散規(guī)律,通過設(shè)計(jì)一種周向周期均布、軸向聚焦的破片戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)簡圖如圖3 所示),便可以實(shí)現(xiàn)圖4 所示殺傷戰(zhàn)斗部破片的線列式排列。從圖3可以看出,戰(zhàn)斗部周向破片預(yù)制數(shù)目為m,軸向破片預(yù)制數(shù)目為n,軸向破片質(zhì)心連線與戰(zhàn)斗部軸線設(shè)計(jì)一個(gè)夾角θ,目的是使軸向一列破片在周向一定角度內(nèi)均勻散開;從圖4可以看出,破片穿孔呈現(xiàn)出周期線列式分布特點(diǎn),周期數(shù)目為周向破片預(yù)制數(shù)目,每個(gè)周期內(nèi)破片穿孔數(shù)目為軸向破片預(yù)制數(shù)目。

要使破片沿周向360°均勻、連續(xù)分布,根據(jù)線列式破片戰(zhàn)斗部作用原理,通過理論推導(dǎo)可得軸向破片質(zhì)心連線與戰(zhàn)斗部軸線夾角θ的計(jì)算公式為:

式中:L 為戰(zhàn)斗部預(yù)制破片組合體的長度;A 為線列式破片周向連續(xù)、均布修正系數(shù);D 為戰(zhàn)斗部預(yù)制破片組合體的直徑。

1.3 動(dòng)態(tài)條件下軸向破片速度一致性數(shù)值模擬

圓筒形戰(zhàn)斗部破片速度分布規(guī)律呈現(xiàn)端面低、中間高的特點(diǎn),典型軸向破片速度分布曲線如圖5所示。要使殺傷戰(zhàn)斗部軸向破片速度一致,就必須消除端面稀疏波影響,使兩端破片速度提高,設(shè)計(jì)合理的凹形預(yù)制破片組合體曲線是一種有效途徑。曲線設(shè)計(jì)原則是在圖5 速度低處適量增加裝藥直徑,在速度高處相應(yīng)減小裝藥直徑,曲線設(shè)計(jì)采用數(shù)值模擬多次迭代和逼近的方法。圖3 即為通過該設(shè)計(jì)原則和方法設(shè)計(jì)的預(yù)制破片組合體曲線,該曲線既可以達(dá)到軸向破片聚焦的目的,同時(shí)可產(chǎn)生如圖6 所示的軸向等爆轟場強(qiáng),即使軸向爆炸沖量基本一致,最終達(dá)到軸向破片速度一致性的目的。

2 原理樣機(jī)試驗(yàn)

2.1 戰(zhàn)斗部原理樣機(jī)的設(shè)計(jì)

根據(jù)動(dòng)態(tài)線列式破片戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)方法,結(jié)合某型號(hào)聚焦破片戰(zhàn)斗部戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)要求,設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)線列式戰(zhàn)斗部原理樣機(jī)。首先根據(jù)軸向等爆轟場強(qiáng)設(shè)計(jì)了預(yù)制破片組合體曲線,并通過數(shù)值模擬進(jìn)行了驗(yàn)證;結(jié)合戰(zhàn)技指標(biāo)中戰(zhàn)斗部尺寸、質(zhì)量、單枚破片質(zhì)量和破片分布密度要求,周向破片數(shù)量設(shè)計(jì)為32 枚,軸向20 枚,通過式(1)計(jì)算可得軸向破片質(zhì)心連線與戰(zhàn)斗部軸線夾角θ值為3.8°。

2.2 破片線列式分布情況

圖7 為動(dòng)態(tài)線列式破片戰(zhàn)斗部原理樣機(jī)靜爆試驗(yàn)破片線列式穿孔照片。從圖7 中可以看出,破片穿孔基本與圖4 中理論設(shè)計(jì)分布一致,圖中包含3個(gè)破片線列式分布周期,破片周向無間斷連續(xù)分布,而且間隙均勻,軸向間距中間密而兩端稀疏,破片穿孔的線列式分布試驗(yàn)結(jié)果初步驗(yàn)證了線列式破片戰(zhàn)斗部作用原理和設(shè)計(jì)方法的正確性、可行性。

圖7 動(dòng)態(tài)線列式戰(zhàn)斗部原理樣機(jī)靜爆試驗(yàn)破片線列式穿孔照片F(xiàn)ig.7 Photo of fragment linear perforation in static explosion for dynamical linear distribution fragmentation w arhead prototype

3 結(jié) 論

(1)探索并試驗(yàn)驗(yàn)證了一種能夠?qū)Ω黝惪罩?空間目標(biāo)實(shí)現(xiàn)線切割式結(jié)構(gòu)毀傷的線列式破片戰(zhàn)斗部技術(shù)。

(2)提出了軸向等爆轟場強(qiáng)和破片速度一致性概念和設(shè)計(jì)方法,以保證在彈目動(dòng)態(tài)交匯條件下破片穿孔仍為線列式分布。

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