破/穿爆型串聯(lián)戰(zhàn)斗部隔爆裝置設(shè)計與試驗

李維

(海軍駐重慶地區(qū)軍事代表局，重慶 400042)

隨著軍事科技的發(fā)展，世界各國對高價值軍事目標(biāo)的防護越來越重視。雖然先進的鉆地彈依靠高質(zhì)量和高動能能夠有效打擊深入地下的目標(biāo)，先進的半穿甲彈也能夠輕易穿透30 ～40 mm 的船用鋼板進入艦船內(nèi)部爆炸，但由于破/穿爆型串聯(lián)戰(zhàn)斗部(MWS)具有較低著速和較大著角，能適應(yīng)多種發(fā)射平臺，近年來正受到越來越多的關(guān)注。

破/穿爆型串聯(lián)戰(zhàn)斗部的作戰(zhàn)特點要求它具有較大藥量的前級戰(zhàn)斗部，以便對目標(biāo)實施開孔/坑，便于后級戰(zhàn)斗部的隨進侵徹。隨著前級裝藥量的增加，前級爆炸對后級戰(zhàn)斗部裝藥的影響也更加凸現(xiàn)出來，對兩級串聯(lián)戰(zhàn)斗部的隔爆能力提出了更高的要求。

本文通過理論分析和試驗研究相結(jié)合的方法，對兩級串聯(lián)戰(zhàn)斗部隔爆原理進行了驗證，設(shè)計了一種適用于大藥量前級的串聯(lián)戰(zhàn)斗部的隔爆裝置。試驗結(jié)果表明該隔爆設(shè)計在前級裝藥量較大的條件下能夠為后級裝藥結(jié)構(gòu)提供更好的保護。

1 隔爆裝置設(shè)計原理

為減小前級起爆對后級裝藥的影響，首先要對前級裝藥進行優(yōu)化設(shè)計，期望以最少的前級藥量達到較為理想作戰(zhàn)效果。通常，前級后端須采用船式收斂型裝藥結(jié)構(gòu)，使得前級爆炸的爆轟產(chǎn)物沿殼體法線方向往外飛散，盡量減小對后級裝藥造成破壞。前、后級裝藥之間需有一定的空間距離，該距離的大小以前級裝藥爆炸產(chǎn)生的爆轟波壓力不會破壞主裝藥結(jié)構(gòu)、爆轟波到達后級裝藥殼體時其壓力不會引爆后級裝藥、前級裝藥爆炸產(chǎn)生的破片/碎片不損壞后級殼體和裝藥結(jié)構(gòu)為宜。在連接結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)采用開放式連接結(jié)構(gòu)，便于爆轟產(chǎn)物的飛散和泄壓，起到對后級戰(zhàn)斗部的保護作用。

1.1 隔爆距離估算

采用爆轟波傳播時采用瞬時壓力的計算法可估算主裝藥殼體頭部受壓情況。若前級采用TNT 炸藥，裝藥量為7 kg，假定后級裝藥殼體入射壓力在2.0 GPa 以下時裝藥無反應(yīng)，計算過程為:

在爆轟近場，壓力和爆轟產(chǎn)物的體積有關(guān)，即有［1］:

但考慮到前后級之間由剛性套筒連接，爆轟波衰減速度大大降低，可將爆轟近場的壓力-體積關(guān)系簡化為絕熱膨脹，即

設(shè)裝藥為球形，則V∝R3。

式中:PM、V0、R0為瞬時爆轟壓力(裝藥爆壓)、裝藥體積、等效球形裝藥半徑;Pk、Vk、Rk為k 時刻爆轟波陣前沿的爆轟波壓力、爆轟產(chǎn)物體積、爆轟產(chǎn)物半徑。

等效球形裝藥的半徑R0約為101.5 mm，在估算中取后級主裝藥的入射壓力小于等于2.0 GPa 進行計算，可求解得:Rk=215.3 mm。

隔爆距離即為這2 個半徑的差值:

即當(dāng)前、后級裝藥距離大于或等于113.8 mm 時，前級裝藥爆炸形成的爆轟波到達后級裝藥殼體時，其超壓已衰減至2.0 GPa以下，可以保證主裝藥安定?？紤]到前級爆炸產(chǎn)生破片可能會對后級裝藥造成傷害，這個距離還應(yīng)加長，而且也應(yīng)隨著前級裝藥的增加而進一步加長(如當(dāng)前級裝藥量為20 kg 時此距離為161.3 mm)，但是在總體設(shè)計上總是希望盡量減小兩級裝藥之間的距離，因此需要加隔板防護或?qū)⒈Z波向其他方向引導(dǎo)以減小主裝藥受到的壓力。

1.2 隔爆裝置原理設(shè)計

在隔爆裝置設(shè)計上，國內(nèi)目前應(yīng)用比較成熟的是串聯(lián)反坦克彈上的隔爆設(shè)計，其基本原理是在兩個裝藥之間裝上一個連接套筒，套筒中部設(shè)置防護錐，其作用是在前級裝藥爆炸時為后級戰(zhàn)斗部保留足夠的炸高和聚能射流的飛行通道。套筒和防護錐的材料多采用硬質(zhì)塑料或低密度低強度的易碎金屬，國外公開的專利中也有采用高強度的復(fù)合材料作為套筒和防護錐材料的［3］。

在此基礎(chǔ)上設(shè)計的隔爆裝置是在連接套筒側(cè)壁上開了許多孔，使爆轟波向其他方向擴散。當(dāng)前級裝藥起爆時，一部分高壓氣體從連接套筒上的孔向側(cè)面擴散出去，另一部分沿著錐形防護板表面向外流去，只剩下很小一部分爆轟波向后級裝藥方向傳播。隔爆裝置原理見圖1。

圖1 隔爆裝置原理示意圖

2 隔爆裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

針對某串聯(lián)戰(zhàn)斗部前級裝藥量較大的情況，分析認(rèn)為對后級裝藥安定性產(chǎn)生影響的不僅僅是爆轟波，還包括前級裝藥爆炸產(chǎn)生的破片。為更好保護后級彈體不受影響，所采用的防護錐材料應(yīng)具有較高的強度和良好的延展性，在阻擋前級爆炸產(chǎn)生破片的同時利用其被壓垮時的吸能效應(yīng)消耗爆轟波的能量。根據(jù)相關(guān)設(shè)計原理，在外殼上開瀉壓孔可以對前級爆轟波進行卸載，減小后級裝藥受到的爆轟波沖擊?？紤]到防護錐本身在前級裝藥爆炸作用下也會產(chǎn)生破片，設(shè)計中在防護錐與后級裝藥之間填充了緩沖材料，降低防護錐本身形成的二次破片的速度，加強對后級裝藥的保護。根據(jù)上述原則，設(shè)計了隔爆裝置，其結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 隔爆裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3 試驗驗證

依據(jù)圖1 所示的隔爆裝置原理設(shè)計了隔爆裝置試驗件。為對比防護錐、泄壓孔和填充材料對隔爆的貢獻，分別設(shè)計了如圖3 所示的4 種試驗件，其狀態(tài)分別是空氣隔爆、防護錐隔爆、防護錐加泄壓孔隔爆、防護錐加泄壓孔加緩沖材料隔爆。其中:4 種試驗件的前級裝藥量相同(裝藥量為2.0 kg，裝藥爆壓28.6 GPa)，前后級距離均相同;試驗件2 ～4 中，防護錐采用一定厚度的低碳鋼;試驗件4 中的緩沖材料為海綿橡膠板。

圖3 試驗件隔爆裝置示意圖

試驗中采用PVDF 壓力傳感器對試驗件后級裝藥頭部在前級爆炸過程所受的壓力進行了測量(壓力傳感器布置位置見圖4)。表1 列出了試驗測試獲得的沖擊波壓力的時間歷程，后級裝藥頭部所受壓力與時間曲線如圖5 所示。

圖4 PVDF 計安裝位置示意圖

根據(jù)式(5)計算，在試驗件前后級的隔爆距離條件和空氣隔爆條件下，后級裝藥殼體頭部的爆轟波壓力為8.87 GPa，而試驗中由于測量裝置的實測上限值為4.17 GPa，根據(jù)簡單差值估算，實際爆轟波壓力超過8 GPa，可見對文獻［1］中公式的修正是符合實際情況的。由表1 的測量結(jié)果可知，設(shè)計中采用的泄壓孔和防護錐的使用都達到了預(yù)期的目的。試驗件2 ～3 相比試驗件1，隔爆設(shè)計較好地降低了后級裝藥殼體頭部的爆轟波超壓值。

表1 后級彈體頭部壓力測試結(jié)果

從試驗結(jié)果來看，大藥量的前級裝藥爆炸產(chǎn)生了大質(zhì)量的破片，具有較大的動能，能對后級裝藥殼體頭部造成破壞。但在試驗件的防護錐與后級裝藥殼體之間增加填充材料阻擋后，可以看到后級裝藥殼體表面被破片打擊的情況得到明顯改善(見圖6)。

圖6 試驗后的頭部對比

通過對試驗結(jié)果進行分析，得到以下幾點認(rèn)識:

1)防護錐和泄壓孔同時采用可明顯降低后級裝藥頭部的爆轟波壓力。

2)在防護錐不能完全阻隔前級破片的情況下，在防護錐和后級裝藥之間填充緩沖材料可顯著降低前級破片的打擊強度。

3)通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計，使泄壓孔、防護錐和填充材料的組合能確保后級裝藥在大藥量前級聚能裝藥爆炸條件下的安定性，同時保證殼體安全。

4 結(jié)束語

通過對大藥量前級條件下兩級串聯(lián)戰(zhàn)斗部隔爆裝置開展理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計，并進行了對比試驗。試驗結(jié)果表明該隔爆結(jié)構(gòu)可適用于前級裝藥量較大的兩級串聯(lián)戰(zhàn)斗部，較好地降低前級爆炸對后級戰(zhàn)斗部彈體結(jié)構(gòu)和裝藥安定性的影響。該研究可為破/穿爆型串聯(lián)戰(zhàn)斗部研制提供參考。

［1］北京工業(yè)學(xué)院八系.爆炸及其作用:下冊［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1979.

［2］廉振江，孟宛楓. 破甲- 爆破兩級串聯(lián)戰(zhàn)斗部原理設(shè)想［C］//第三屆航空彈藥學(xué)術(shù)交流會論文集.寧波:［出版者不詳］，1993.

［3］唐慶. 串聯(lián)戰(zhàn)斗部輕型爆炸防護板［J］. 彈箭技術(shù)，1996(1):44 -45.

［4］湯榮芳，劉志學(xué). 兩級串聯(lián)彈頭極其技術(shù)要點［M］. 北京:中國航天科技集團公司信息研究所，1999.

［5］于世英.串聯(lián)裝藥戰(zhàn)斗部設(shè)計理論的探討［J］. 彈箭技術(shù)，1993(4):10 -17.

［6］胡波，劉榮忠.某型破片式戰(zhàn)斗部仿真數(shù)據(jù)分析［J］.四川兵工學(xué)報，2011(5):28 -29.