新型熔鑄炸藥精密爆炸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

孫 建，袁寶慧，谷鴻平，王親會(huì)，王利俠，趙 凱

（西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安710065）

引 言

爆炸網(wǎng)絡(luò)是沿不同傳爆路徑傳遞爆轟波的傳爆裝置，其傳爆路徑可以是由炸藥或爆炸物制成的柔性或剛性傳爆通道［1］。如用導(dǎo)爆索［1-2］或橡皮藥條可以制成柔性爆炸網(wǎng)絡(luò)，其多點(diǎn)起爆的同步性誤差一般在200ns以上；采用超細(xì)HMX 小尺寸溝槽裝藥［3］或橡皮炸藥溝槽裝藥［4］，在一定程度上可以減輕溝槽裝藥量，但由于炸藥的臨界直徑仍較大，需要采取隔爆措施以保護(hù)主裝藥和其他零部件不受干擾和破壞；采用精密壓裝技術(shù)制作的多點(diǎn)起爆網(wǎng)絡(luò)［5］，起爆同步性有所改善，但適用于平面或簡單結(jié)構(gòu)的爆炸網(wǎng)絡(luò)。這類傳爆方式在戰(zhàn)斗部中應(yīng)用時(shí)，往往會(huì)受到爆炸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)布局、起爆與隔爆問題，以及工藝條件的限制，而且傳爆精度和多點(diǎn)起爆的同步性誤差也較大。C.J.Terblanche等研究了聚能裝藥底部起爆［6］，結(jié)果表明，對90°藥型罩結(jié)構(gòu)的聚能裝藥，由單一雷管輸出到裝藥口部多點(diǎn)起爆，獲得了頭部速度為11 500m／s的凝聚射流。但多點(diǎn)起爆的同步性、網(wǎng)絡(luò)裝藥的隔爆影響以及射流超音速碰撞引起的凝聚性問題都對射流的形成有較大影響。

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)場對彈藥智能化和多功能化的需求，爆轟波形控制技術(shù)在戰(zhàn)斗部中應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。對于以聚能裝藥為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的多模式戰(zhàn)斗部，爆轟波形的控制是多模可選擇方案的重要基礎(chǔ)，其多點(diǎn)起爆的同步性誤差應(yīng)控制在100ns以內(nèi)［7-9］，因?yàn)榫勰芮謴伢w的橫向偏移量隨多點(diǎn)起爆同步性的偏差增大而增大，嚴(yán)重時(shí)可造成侵徹體不對稱或嚴(yán)重彎曲，降低射流的穿深能力或影響EFP的飛行穩(wěn)定性。

本研究采用新型DNTF 基熔鑄炸藥的溝槽裝藥技術(shù)制作爆炸網(wǎng)絡(luò)［10］，并使爆炸網(wǎng)絡(luò)在戰(zhàn)斗部中預(yù)埋，以解決爆炸網(wǎng)絡(luò)小型化和精確控制爆轟波的問題，為多模毀傷彈藥的爆轟波形控制開辟新的技術(shù)途徑。

1 爆炸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

1.1 起爆同步性設(shè)計(jì)

式中：t、Δt為傳爆時(shí)間和多點(diǎn)同步性極差；D、ΔD分別為傳爆藥的爆速和爆速極差；L、ΔL分別為傳爆路徑長度和長度極差。

由此可見，選用爆速高，且爆速誤差小的炸藥裝藥，可以大幅度提高爆炸網(wǎng)絡(luò)傳爆的同步性；傳爆距離和傳爆路徑的誤差對傳播時(shí)間也有較大影響。前者是選擇炸藥，后者是爆炸網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)布局和裝藥工藝控制。

新型DNTF基熔鑄炸藥具有臨界直徑小、爆速高、爆速極差小以及爆轟傳播穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，作為爆炸網(wǎng)絡(luò)的傳爆藥，可以在網(wǎng)絡(luò)基體上制作溝槽裝藥，減少多點(diǎn)起爆的同步性誤差。此外，由于DNTF基熔鑄炸藥的爆速基本接近或略高于以HMX 為主的戰(zhàn)斗部裝藥的爆速，因而爆炸網(wǎng)絡(luò)的多點(diǎn)起爆可使主裝藥迅速形成穩(wěn)定爆轟，有利于改善傳爆的可靠性和主裝藥的爆轟性能。

1.2 爆炸網(wǎng)絡(luò)在戰(zhàn)斗部中的預(yù)埋

為了使爆轟傳播從單點(diǎn)輸入轉(zhuǎn)換成相應(yīng)位置的多點(diǎn)輸出，需要根據(jù)戰(zhàn)斗部的結(jié)構(gòu)和爆轟波形的特點(diǎn)，將爆炸網(wǎng)絡(luò)預(yù)埋在戰(zhàn)斗部中，并解決有限空間和有效載荷條件下的傳爆和隔爆的矛盾，在保證主裝藥不受干擾的條件下，使爆炸網(wǎng)絡(luò)可靠傳爆。

關(guān)于爆炸網(wǎng)絡(luò)的傳爆與隔爆，在設(shè)計(jì)上應(yīng)盡可能減少溝槽裝藥的藥量或裝藥直徑，但溝槽裝藥的直徑應(yīng)大于該炸藥的臨界起爆直徑，才能保證溝槽裝藥的穩(wěn)定傳爆。影響裝藥直徑的主要因素有：炸藥的臨界起爆直徑、炸藥的粒度、裝藥密度和外殼約束等條件。其中，炸藥的臨界起爆直徑是制約爆炸網(wǎng)絡(luò)小型化的關(guān)鍵因素。目前常用的高能炸藥，如RDX、HMX 等，其臨界直徑一般都在1mm 以上。新型DNTF基熔鑄炸藥作為傳爆藥，其臨界直徑僅為0.2mm，為爆炸網(wǎng)絡(luò)在戰(zhàn)斗部中預(yù)埋和實(shí)現(xiàn)小型化奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

考慮到工藝和常規(guī)戰(zhàn)斗部的使用要求，采用1mm 直徑的溝槽裝藥，并使其在爆炸網(wǎng)絡(luò)基體上等長均布，以確保溝槽裝藥的連續(xù)性和均勻性，不僅可降低爆速極差，提高多點(diǎn)起爆的同步性，而且有利于解決爆炸網(wǎng)絡(luò)的傳爆與隔爆的矛盾，使爆炸網(wǎng)絡(luò)小型化并預(yù)埋在戰(zhàn)斗部中，實(shí)現(xiàn)精確控制爆轟波形的目的。

2 爆炸網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)

2.1 傳爆與隔爆實(shí)驗(yàn)

為了研究新型DNTF 基熔鑄炸藥溝槽裝藥的傳爆與隔爆的匹配性能，進(jìn)行了不同厚度網(wǎng)絡(luò)體溝槽裝藥的起爆試驗(yàn)和隔爆試驗(yàn)，結(jié)果如圖1 所示。圖1（a）給出爆炸后不同厚度網(wǎng)絡(luò)體基板背面的破壞程度。圖1（b）和（c）分別是溝槽裝藥網(wǎng)絡(luò)體基板起爆前狀態(tài)和起爆后背面放置的JH-14 傳爆藥柱的狀態(tài)。結(jié)果表明，采用10mm 厚的網(wǎng)絡(luò)體基板可以確保1mm 溝槽裝藥起爆后其背面的傳爆藥柱既不殉爆也不破壞。

圖1 爆炸網(wǎng)絡(luò)溝槽裝藥的傳爆與隔爆試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Experimental results of the explosion propagation and isolation of explosive in the explosive circuit channels

2.2 起爆同步性實(shí)驗(yàn)

為了滿足多模式戰(zhàn)斗部毀傷元的同軸性要求，多點(diǎn)起爆的同步誤差應(yīng)控制在100ns以內(nèi)。采用DNTF基熔鑄炸藥制作不同結(jié)構(gòu)的精密爆炸網(wǎng)絡(luò)，用8號電雷管在中心起爆，通過爆轟分流形成多點(diǎn)同步起爆。 采用多通道時(shí)間間隔測量儀（TSN632M），用多條銅靶線接收每個(gè)輸出端的導(dǎo)通信號，分別對3種爆炸網(wǎng)絡(luò)典型結(jié)構(gòu)的多點(diǎn)起爆同步性進(jìn)行測定。試驗(yàn)照片見圖2。

圖2 不同結(jié)構(gòu)的爆炸網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)同步起爆試驗(yàn)Fig.2 Experimental of the explosive circuit with different structures by the multi-point initiation ways

圖2表明，1入6出、1入12出和1入24出的起爆同步性極差分別為35、64和74ns，多點(diǎn)起爆的同步性可控制在幾十納秒以內(nèi)。

為了進(jìn)一步分析多點(diǎn)起爆的爆轟波形，對于典型的1入6出結(jié)構(gòu)的爆炸網(wǎng)絡(luò)方案，用高速攝影狹縫照相技術(shù)拍攝了主裝藥中藥型罩頂部特定位置的波形圖，見圖3。由圖3可見，裝藥頂部可以形成收斂的錐形波，其同步性誤差在幾十納秒以內(nèi)，該爆炸網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)起爆所形成的類環(huán)形波可以滿足多模式戰(zhàn)斗部聚能毀傷元形成的同步性要求。

圖3 爆炸網(wǎng)絡(luò)1入6出高速攝影波形圖Fig.3 Detonation waveform of the explosive circuit with the six initiation points by means of high speed photography

3 爆炸網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

應(yīng)用上述爆炸網(wǎng)絡(luò)，對同一種聚能裝藥，采用中心起爆和周向多點(diǎn)同步起爆，可以獲得不同的聚能侵徹體，實(shí)現(xiàn)毀傷模式可選擇。為了驗(yàn)證爆炸網(wǎng)絡(luò)周向多點(diǎn)同步的起爆性能，與常規(guī)帶隔板裝藥在周向相同位置上起爆條件下進(jìn)行了對比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見圖4和表1。

結(jié)果表明：（1）對于同一種聚能裝藥，不同起爆方式下的侵徹性能不同。中心點(diǎn)起爆形成的桿式射流較粗，其特點(diǎn)是穿孔直徑較大，穿深較低；周向多點(diǎn)同步起爆所形成的長射流，穿深能力較強(qiáng)，穿孔較細(xì)。通過中心起爆與周向多點(diǎn)起爆方案組合，可以使多模式戰(zhàn)斗部具有兩種不同毀傷模式可選擇，其穿深能力相差50%以上，穿孔直徑也有明顯的差異，可分別用于對付不同的目標(biāo)。（2）由周向多點(diǎn)同步起爆與常規(guī)帶隔板裝藥環(huán)形起爆的穿深對比可見，其射流穿孔準(zhǔn)直，證明爆炸網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)起爆的同步性可以滿足聚能毀傷元形成的同軸性要求。此外，多點(diǎn)同步起爆方案與常規(guī)隔板環(huán)形起爆相比，穿深略有提高，有利于增加藥型罩頂部的有效裝藥量，提高聚能裝藥的穿深能力。

圖4 不同起爆方式下聚能裝藥穿靶試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Experimental results of the shaped charge against the targets by different initiation ways

表1 不同起爆方式的穿靶結(jié)果Table 1 Experimental results of penetration by the different initiation ways

因此，將該精密爆炸網(wǎng)絡(luò)預(yù)埋在多模式戰(zhàn)斗部中，既能實(shí)現(xiàn)毀傷模式的可選擇，還可簡化戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)，提高多模彈藥的毀傷效應(yīng)和戰(zhàn)場應(yīng)變能力。

4 結(jié) 論

（1）用新型DNTF基熔鑄炸藥作為液相載體制作精密爆炸網(wǎng)絡(luò)，從單點(diǎn)起爆放大成多點(diǎn)同步起爆的同步性可控制在100ns以內(nèi)，能夠滿足聚能侵徹體形成的同步性要求。

（2）爆炸網(wǎng)絡(luò)在戰(zhàn)斗部中預(yù)埋，不僅可使爆炸網(wǎng)絡(luò)小型化，大大簡化戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)，而且有利于戰(zhàn)斗部主裝藥迅速形成穩(wěn)定爆轟，提高傳爆的可靠性。

（3）DNTF基熔鑄炸藥精密爆炸網(wǎng)絡(luò)在多模毀傷彈藥中應(yīng)用，使同一種聚能裝藥具有不同起爆方式可選擇，為多模式戰(zhàn)斗部毀傷模式的選擇開辟了新的技術(shù)途徑。

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