水雷炸藥現(xiàn)狀分析及發(fā)展方向的思考*

徐先勇 李志華

(海軍蚌埠士官學(xué)校 蚌埠 233012)

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水雷炸藥現(xiàn)狀分析及發(fā)展方向的思考*

徐先勇 李志華

(海軍蚌埠士官學(xué)校 蚌埠 233012)

水雷裝藥是水雷重要的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)。介紹了國內(nèi)外水雷裝填炸藥發(fā)展現(xiàn)狀,重點(diǎn)分析了海薩爾炸藥與高聚物粘結(jié)炸藥(PBX)的主要性能及特點(diǎn),并與現(xiàn)役水雷裝填炸藥參數(shù)進(jìn)行對比,分析了水雷主裝藥的發(fā)展趨勢。最后對水雷主裝藥發(fā)展提出思考和建議。

水雷; 裝藥; 高聚物粘接炸藥; 戰(zhàn)斗部

Class Number TM911.1

1 引言

水雷是一種破壞威力強(qiáng)大、戰(zhàn)果顯著的水中兵器。水雷的破壞威力或破壞半徑取決于戰(zhàn)斗部主裝藥的性能,炸藥及其裝藥技術(shù)是戰(zhàn)斗部核心技術(shù)之一,是戰(zhàn)斗部實(shí)現(xiàn)高效毀傷的重要因素。裝藥量的大小是衡量水雷戰(zhàn)技指標(biāo)的一個(gè)重要參數(shù)。隨著現(xiàn)代艦船的不斷發(fā)展,其攻擊能力和防護(hù)能力都在提高,對水雷主裝藥的威力提出了更高的要求。

2 水雷主裝藥的基本要求

水雷對目標(biāo)的破壞作用分接觸爆炸和非接觸爆炸作用。接觸爆炸如過去前蘇聯(lián)的帶觸角的錨雷和漂雷,它主要利用炸藥爆炸的沖擊波超壓直接對目標(biāo)形成破壞作,非接觸爆炸分近距離非接觸爆炸和遠(yuǎn)距離接觸爆炸,近距離非接觸爆炸型水雷大都為錨雷、上浮雷等特種水雷,它們主要利用炸藥爆炸的沖擊波超壓及氣泡脈動(dòng)對目標(biāo)形成破壞作用;而沉底水雷大都屬于遠(yuǎn)距離非接觸爆炸型水雷,它主要利用炸藥爆炸氣泡脈動(dòng)及沖擊波超壓對目標(biāo)形成破壞作用。

新型水雷大都為非接觸爆炸型,評價(jià)其水下爆炸威力的兩個(gè)重要能量參數(shù)是沖擊波能和氣泡能,要提高綜合能量,主要從炸藥的爆速、爆熱、爆壓三個(gè)方面予以考慮。適當(dāng)?shù)谋?可以減小沖擊波的水中衰減,從而能在較遠(yuǎn)距離處仍能保持較高的超壓和沖量,提高炸藥的能量利用率:適當(dāng)?shù)谋瑹?表明炸藥爆炸潛能(二次反應(yīng))突出,可以有更多的能量釋放出來做功,有利于提高水下爆炸威力;適當(dāng)?shù)谋瑝嚎梢援a(chǎn)生對目標(biāo)較高的沖擊破壞。根據(jù)水雷炸藥毀傷機(jī)理及水雷勤務(wù)管理,水雷主裝藥必須符合以下原則[1～2]:

1) 水雷戰(zhàn)斗部主裝藥的能量設(shè)計(jì)應(yīng)考慮水雷不同的作戰(zhàn)使命和對目標(biāo)不同的破壞作用。不同的能量分配和不同的能量作用對目標(biāo)的破壞作用是不同的,如近距離非接觸爆炸,就應(yīng)該選以沖擊波能為主、氣泡能和水流為輔的能量輸出結(jié)構(gòu)的炸藥;遠(yuǎn)距離非接觸爆炸,就應(yīng)該選用以沖擊波能、氣泡能為主和水流為輔的能量輸出結(jié)構(gòu)的炸藥。

2) 炸藥要有良好的安定性且性能穩(wěn)定。炸藥一旦裝填于水雷殼體中,由于其貯存壽命要求長(大于20年以上),如果炸藥安定性不好,造成水雷戰(zhàn)斗部的報(bào)廢,這是極其危險(xiǎn)的危險(xiǎn)源,且處理也是十分危險(xiǎn)和困難的。

3) 必須保證水雷所需的破壞威力,炸藥水下爆炸時(shí),要有較高的沖擊波能和氣泡能(即綜合能量),以形成對目標(biāo)的初始破壞,增強(qiáng)后續(xù)爆炸能量的破壞效果。

4) 裝藥的工藝性要好。主要包括裝藥工藝要安全、穩(wěn)定、方便操作,炸藥應(yīng)當(dāng)易于融化且不因加熱而分解。

5) 炸藥的原料要求來源豐富,生產(chǎn)簡便安全,成本低廉,適于大量生產(chǎn)。

3 水雷主裝藥的發(fā)展現(xiàn)狀

水雷主裝藥的發(fā)展經(jīng)歷了黑色火藥、黃色炸藥到高能炸藥的過程。水雷戰(zhàn)斗部主裝藥國外發(fā)展比較有代表性的國家是前蘇聯(lián)和美國,蘇聯(lián)的發(fā)展模式是在水雷中裝填TNT、MT、MC、TГ系列、TГAГ-5等炸藥;美國的發(fā)展模式是就水下爆炸對目標(biāo)的破壞機(jī)理方面作了很深入的理論和應(yīng)用研究,高爆熱的含鋁混合炸藥,并且特別注重水下爆炸對目標(biāo)破壞時(shí)的能量分配,選擇那些能量輸出結(jié)構(gòu)合理、水下爆炸綜合能量較高、裝藥工藝性好、安全穩(wěn)定的含鋁混合炸藥。在魚雷、水雷、深水炸彈等中裝填Torpex、H-6、HBX系列、PBXN系列炸藥,目前美國水中兵器中已裝填了PBXN-115、PBXW-16的含鋁混合炸藥。裝藥也經(jīng)過了從敏感到不敏感、到鈍化方向的發(fā)展過程。如新型水雷為了提高抗爆炸能力,不被投放距水雷較遠(yuǎn)的滅雷炸藥誘爆,而采用低易損性炸藥[3]。

我國對水下爆炸的理論研究和應(yīng)用研究相對落后,過去水中兵器裝填炸藥長期沿用蘇聯(lián)模式的TNT、TГ系列炸藥,以注裝藥工藝為主。20世紀(jì)70年代中期研制成功了由梯恩梯、黑索今、鋁粉和鈍感劑等組成的RS211炸藥,幾十年來幾乎成了水中兵器戰(zhàn)斗部的唯一一種裝藥,并先后裝填于多種型號水雷戰(zhàn)斗部中,較大地提高了水雷的爆炸威力,為海軍裝備建設(shè)做出了較大的貢獻(xiàn)。后續(xù)又在RS211炸藥的基礎(chǔ)上,研制了其改進(jìn)型RS3-4炸藥,水中爆炸綜合能量和工藝性能都比RS211炸藥有明顯提高,其水下爆炸總能量為184%TNT當(dāng)量,比RS211炸藥提高了23%,RS3-4炸藥水下爆炸的總能量中,氣泡能比RS211提高了37%,氣泡能在總能量中的比例達(dá)到了77.7%,比RS211高出7.8個(gè)百分點(diǎn),裝藥工藝也改為熱塑態(tài)裝藥。90年代末,我國火炸藥專業(yè)研究單位、裝藥生產(chǎn)單位、院校開始研究水中爆炸現(xiàn)象和新一代水下軍用炸藥,海軍相關(guān)部門也組織力量開展水中爆炸規(guī)律與高效毀傷機(jī)理殲究,經(jīng)過多年努力,在理論和實(shí)踐應(yīng)用方面都取得了較大進(jìn)展。PBX高分子粘結(jié)炸藥、海薩爾等炸藥相繼通過技術(shù)鑒定,其水中爆炸威力、裝藥安全性進(jìn)一步提高,裝藥工藝也以真空振動(dòng)復(fù)合澆鑄和壓裝為主。

3.1 海薩爾炸藥

海薩爾炸藥是一種性能優(yōu)良的新型含鋁高威力的炸藥。該炸藥在我國已成功地應(yīng)用于高炮榴彈、水中破障彈及炸飛機(jī)跑道炮等產(chǎn)品的裝藥,并且已出口國外。受到國內(nèi)外用戶的歡迎,是一種技術(shù)成熟、性能優(yōu)良的炸藥[4]。

海薩爾具有比較優(yōu)異的技術(shù)性能,主要表現(xiàn)在[5]:

海薩爾炸藥的爆熱、爆速高,威力、相對猛度大。

海薩爾炸藥的機(jī)械感度低,使水中兵器平時(shí)運(yùn)輸、貯存、操作維護(hù)保養(yǎng)的安全性大大提高。

海薩爾炸藥的安定性好,可使裝填海薩爾炸藥的水中兵器的貯存期大大延長,貯存期可達(dá)50年以上,具有優(yōu)異的貯存性能。

海薩爾炸藥的起爆感度好。由于海薩爾炸藥采用壓裝工藝裝藥,可用8號雷管直接起爆。采用海薩爾裝藥的水中兵器,現(xiàn)有的起爆、傳爆系統(tǒng)不需要改變,現(xiàn)有的聚能起爆裝置不需要變化。

海薩爾炸藥的裝藥密度大,在相同的容積內(nèi),裝填海薩爾可以比裝填RS211多,因此在相同的容積裝藥的情況下,裝填海薩爾炸藥水中兵器的爆炸威力將是裝填RS211炸藥水中兵器爆炸威力的約2倍,大大提高了水中兵器的爆炸威力和對敵艦船的打擊效果。

目前,海薩爾炸藥主要裝填于炮彈上,在水中兵器上的并未得到實(shí)際應(yīng)用。

3.2 PBX炸藥

PBX炸藥是高聚物粘結(jié)炸藥(Polymer Bonded Explosive)的簡稱,它是以高能猛炸藥為主體,加入膠粘劑、增塑劑、鈍感劑等物質(zhì)而成的一種高能混合炸藥。PBX炸藥具有較高的能量密度,較低的機(jī)械感度,良好的安定性、力學(xué)性能和工藝性能,處理安全可靠,并能按使用要求制成具有特種功能的炸藥。PBX炸藥種類繁雜,按裝藥工藝可分為:壓裝、鑄裝和塑態(tài)裝藥等;按物理狀態(tài)可分為造型粉、塑性炸藥、澆鑄高聚物粘結(jié)炸藥、泡沫炸藥等。PBX炸藥廣泛應(yīng)用在反坦克導(dǎo)彈、水雷、魚雷、激光制導(dǎo)航空炸彈和核戰(zhàn)斗部起爆裝置等。

目前用做戰(zhàn)斗部主裝藥PBX炸藥主要有兩類:一類是JO-X為代表的高能炸藥,它以HMX為主體,HMX含量達(dá)95%左右,其余為粘接劑、鈍感劑、潤滑劑等,其爆速可達(dá)8700m/s,裝藥工藝以壓裝為主,該類炸藥主要應(yīng)用在我國反坦克導(dǎo)彈、激光制導(dǎo)炸彈等精確制導(dǎo)武器系統(tǒng);另一類是GUHL-1為代表的高能炸藥,它以RDX為主體,RDX含量約為20%,其余為粘接劑、球形鋁粉、高氯酸銨、固化劑等,其爆速為5400m/s,爆熱高達(dá)8200kJ/kg以上,它采用真空振動(dòng)復(fù)合澆鑄裝藥工藝,該類炸藥主要應(yīng)用在我國水中兵器、大型鉆地攻堅(jiān)等武器系統(tǒng)。

GUHL-1型PBX炸藥作為國內(nèi)一種新研制的高能炸藥,它具有水中爆炸威力大、裝藥質(zhì)量及工藝性能好、安全性高等特點(diǎn),比較適宜作為水中兵器戰(zhàn)斗部主裝藥[6～7]。

PBX炸藥裝藥采用捏合、真空振動(dòng)注藥、熱固化成型工藝。該工藝是通過將高能炸藥與高分子材料捏合形成高分子粘接炸藥,注入彈體藥腔,經(jīng)熱固化形成藥件的一種裝藥工藝方法。該工藝還具有自動(dòng)化程度高,勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn),適于批量生產(chǎn)。

由于PBX炸藥組分加入了高熱值的金屬鋁粉,大大提高混合炸藥的爆熱,同時(shí)真空振動(dòng)裝藥工藝又提高了其裝填密度,經(jīng)對比試驗(yàn),其水中爆炸綜合威力可達(dá)2.0倍以上TNT當(dāng)量,與梯黑、梯黑鋁等炸藥相比,其威力得到明顯的提高。

PBX炸藥由于混合過程中加入了適量的高分子粘接劑,這類炸藥成型后成為彈性的固體,能將外部刺激的能量分散于炸藥裝藥的較大體積之中,從而減少局部發(fā)熱,降低感度。其機(jī)械感度、熱感度等均明顯低于普通高能混合炸藥,這類炸藥在燃燒、槍擊、破片撞擊、爆炸等環(huán)境中不易產(chǎn)生殉爆,更保證了使用安全。由于其穩(wěn)定性、安定性好,使用、貯存過程中基本免予維護(hù),勤務(wù)系數(shù)低,從而降低了使用成本。TNT炸藥、RS211、RS3-4、海薩爾及GUHL-1型PBX高分子粘結(jié)炸藥有關(guān)性能參數(shù)比較如表1所示[8～9]。

表1 五型裝藥性能參數(shù)比較

復(fù)合澆鑄PBX炸藥及裝藥技術(shù)的研制成功,填補(bǔ)了國內(nèi)水中兵器裝填PBX高分子粘接炸藥的空白,作為一種具有廣泛應(yīng)用前途的高能、低易損炸藥,其作為戰(zhàn)斗部主裝藥已成功應(yīng)用在新型水中兵器裝備,PBX炸藥裝填密度、裝藥內(nèi)部質(zhì)量、工藝穩(wěn)定性,裝藥安全性、裝藥連續(xù)化和自動(dòng)化等方面都得到很好檢驗(yàn)和驗(yàn)證,滿足武器系統(tǒng)使用要求。

復(fù)合澆鑄PBX炸藥及裝藥也存在一些問題和不足,主要表現(xiàn)在:雷體裝藥熱固化時(shí)間偏長,同時(shí)需要多套恒溫設(shè)備,消耗大量的能源,且生產(chǎn)效率較低:裝藥過程中殘留的炸藥或藥柱無法返修再利用,只能進(jìn)行銷毀處理,造成物料的浪費(fèi)等;另外在炸藥與雷體內(nèi)壁結(jié)合力、炸藥在高低溫環(huán)境下適應(yīng)性、抗高發(fā)射過載、常溫快速固化和如何實(shí)現(xiàn)精密裝藥等技方面還有待進(jìn)一步摸索和完善。

4 水雷主裝藥的發(fā)展趨勢

根據(jù)新型水雷的作戰(zhàn)使命和對目標(biāo)不同的毀傷作用,迫切需要那些水下爆炸綜合能量高,裝藥工藝性能好,安全穩(wěn)定的含鋁混合炸藥來滿足不同水雷研制的要求。

1) 研制水下爆炸綜合能量高的炸藥

目前,世界各國雖然都在致力于高能量密度材料的合成工作,當(dāng)前各國在應(yīng)用以RDX、HMX為主體的混合炸藥的同時(shí),也在不斷地改造原有TNT及RDX的混合炸藥,當(dāng)前研究的熱點(diǎn)是CL-20、DNTF、TNAZ等高能量密度化合物在混合炸藥配方中的應(yīng)用。雖然水雷主裝藥從RS211到PBXN炸藥,其水下綜合能量(TNT當(dāng)量)己從1.6增加到2.0左右。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,國外已研制出TNT當(dāng)量達(dá)到2.5甚至更高的新型炸藥,為此開展新型含能材料、水中使用的新型高能混合炸藥的研制是提高水雷作戰(zhàn)能力有效途徑之一。

2) 積極發(fā)展燃料空氣炸藥(FAE)

由于燃料空氣炸藥作用面積大,對目標(biāo)的作用沖量大,對有生力量和軟目標(biāo)具有很大的毀傷效應(yīng),所以引起了世界各國的普遍重視,各國發(fā)展燃料空氣炸藥的重點(diǎn)是高能化,用烴類燃料代替環(huán)氧乙烷,擴(kuò)大沖擊波作用范圍。2007年俄羅斯研制成功“炸彈之父”,采用含高活性金屬材料的高能FAE炸藥,其爆炸威力接近6倍TNT當(dāng)量。云爆戰(zhàn)斗部和相應(yīng)配套技術(shù)的預(yù)先研究,是開展云爆水雷研制的基礎(chǔ)條件,這里包括水雷出水技術(shù)的研究、出水后導(dǎo)向技術(shù)、成像技術(shù)研究、云爆水雷引爆技術(shù)的研究等。云爆水雷出水后,經(jīng)導(dǎo)向直接在艦船上方一定距離引爆,使艦船甲板上的官兵窒息而亡、設(shè)備損壞、戰(zhàn)機(jī)破損,艦船喪火戰(zhàn)斗力。

5 對水雷主裝藥發(fā)展的思考和建議

1) 開展水雷精確攻擊技術(shù)的研究

盡可能采用近距離接觸爆炸和接觸爆炸的形式實(shí)施對目標(biāo)的破壞作用,這是充分發(fā)揮水雷主炸藥作用的有效途徑。要深入研究水雷新技術(shù),主要包括開展復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)、起爆控制技術(shù)與水下爆炸威力場關(guān)系的研究;同時(shí)開展水雷對目標(biāo)的遠(yuǎn)距離探測技術(shù)、識別技術(shù)和定位技術(shù)的研究,攻擊彈道控制技術(shù)研究,高性能的近炸引信技術(shù)研究,定向起爆和多點(diǎn)起爆技術(shù)的研究,將水雷戰(zhàn)斗部準(zhǔn)確遣送到主裝藥有效破壞半徑以內(nèi),并盡可能接近目標(biāo)可靠引爆,擊毀目標(biāo)。

2) 優(yōu)化水雷戰(zhàn)斗部總體設(shè)計(jì)

根據(jù)水雷不同的作戰(zhàn)使命,設(shè)計(jì)不同的戰(zhàn)斗部裝藥結(jié)構(gòu),充分發(fā)揮水雷主裝藥的破壞作用。如聚能裝藥、復(fù)合裝藥,可使水雷戰(zhàn)斗部在接近目標(biāo)時(shí)爆炸,射流穿透艦船或射流穿透艦船后實(shí)施二次爆炸,深入艦船內(nèi)部毀傷儀器設(shè)備及有生力量,增強(qiáng)毀傷效果。

水雷戰(zhàn)斗部主裝藥是水雷專業(yè)預(yù)先研究和型號研制中一個(gè)重要方面,其技術(shù)本身及配套技術(shù)所涉及的專業(yè)多、要求高,需要各相關(guān)部門相互配合,盡早在課題和型號中開展相應(yīng)技術(shù)研究,為水雷發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

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Present and Prospect of Mine Charging

XU Xianyong LI Zhihua

(Beng Bu Navy Petty Officer Academy, Bengbu 233012)

The mine charging is the key component in the mine. This article introduces the status quo of domestic mine charging, analyzes the main performance and characteristics of the Hexal explosives and the PBX dynamite, and compares these parameters with those in active duty, analyzes the development trends of the mine charging. The advice is put forward in the end.

mine, charging, polymer bonded explosive, warhead

2015年4月8日,

2015年5月26日

徐先勇,男,碩士,講師,研究方向:水中兵器。李志華,男,博士,副教授,研究方向:水中兵器。

TM911.1

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.10.004