殼體材料對(duì)含鋁炸藥裝藥爆炸威力的影響

牛 磊，王淑萍，趙省向，刁小強(qiáng)，黃文斌，封雪松

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殼體材料對(duì)含鋁炸藥裝藥爆炸威力的影響

牛 磊，王淑萍，趙省向，刁小強(qiáng)，黃文斌，封雪松

（西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安，710065）

為了研究殼體材料對(duì)高能含鋁炸藥裝藥爆炸威力的影響，采用3種殼體材料，利用分步壓裝工藝裝填含鋁高能炸藥，進(jìn)行威力對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明：殼體材料的塑性、屈服強(qiáng)度等力學(xué)性能對(duì)破片速度和有效破片的形成有一定的影響；殼體材料為50SiMnVB的榴彈裝藥綜合威力較高。

含鋁炸藥；殼體材料；分步壓裝；威力

為解決大口徑榴彈裝填高能炸藥及發(fā)射安全性問題，前蘇聯(lián)于20世紀(jì)80年代研究出分步壓裝工藝，裝填對(duì)象主要是A-IX-II炸藥，用于替代原梯恩梯螺裝及鑄裝裝藥。A-IX-II炸藥是由80%A-IX-I炸藥和20%片狀鋁粉通過機(jī)械冷混和熱混而成，這種混制方法存在鋁粉飛揚(yáng)和壓藥密度整體較低的問題。20世紀(jì)90年代末我國(guó)從烏克蘭引進(jìn)了分步壓裝設(shè)備，隨即進(jìn)行了分步壓裝工藝研究，同時(shí)針對(duì)A-IX-II炸藥存在的問題開展了分步壓裝炸藥配方和噴霧造粒工藝研究，極大地降低了混藥時(shí)鋁粉飛揚(yáng)并使分步壓裝達(dá)到了低比壓成型，榴彈裝藥密度有一定提高。在榴彈普遍采用含鋁高能炸藥裝填后如何保證殼體材料與炸藥爆炸能量輸出的匹配性，提高能量利用率一直是面臨解決的問題。本研究對(duì)3種殼體材料分步壓裝含鋁高能炸藥的威力變化進(jìn)行分析，從而獲得殼體材料與含鋁炸藥裝藥爆炸威力的匹配關(guān)系。

1 試驗(yàn)

1.1 分步壓裝裝藥試驗(yàn)

1.1.1試驗(yàn)用彈體及其材料選擇

根據(jù)目前炮彈常用材料，分別選擇了D60鋼、58SiMn、50SiMnVB共3種殼體材料。由于分步壓裝工藝主要適用于中大口徑榴彈，因此選擇具有代表性的某榴彈進(jìn)行裝藥試驗(yàn)。用以上3種材料分別各加工了2發(fā)榴彈殼體，在整體結(jié)構(gòu)不變的情況下，只將彈口直徑和形狀稍作改進(jìn)以適應(yīng)分步壓裝的要求。

1.1.2炸藥樣品的制備

制備了與鈍黑鋁炸藥類似炸藥樣品，裝藥前測(cè)量了造型粉樣品的流動(dòng)速度和堆積密度，與A-IX-II炸藥測(cè)量結(jié)果比較接近，說明造型粉的流散性能夠滿足分步壓裝工藝的要求。

1.1.3裝藥工藝及樣彈制備

采用2915型分步壓裝設(shè)備進(jìn)行裝藥試驗(yàn)，其中螺桿轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/min，壓藥螺桿直徑為Φ42mm，按照螺桿直徑和彈口尺寸，加工了尺寸相匹配的保護(hù)套，并調(diào)整螺桿的同軸度達(dá)到精度要求，目的是控制壓藥時(shí)的進(jìn)藥速度，同時(shí)保證裝藥時(shí)的安全性。共進(jìn)行了6發(fā)榴彈裝藥，采用3種材料的殼體裝藥，裝藥壓力相同，試驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果見表1。

表1 榴彈分步壓裝裝藥結(jié)果

1.2 威力試驗(yàn)

1.2.1試驗(yàn)過程

靶場(chǎng)布置見圖1，傳感器布置見圖2所示，以試驗(yàn)彈為中心，在半圓狀范圍內(nèi)設(shè)置破片分布見證靶來測(cè)量破片沿軸線分布。利用斷通傳感器來測(cè)量破片的速度，利用壓力傳感器來測(cè)量超壓，根據(jù)某榴彈的破片分散角及破片的方向角，將破片主要飛行區(qū)域分為5個(gè)區(qū)域，分別在各個(gè)區(qū)域的4m、6m處樹立串聯(lián)網(wǎng)靶。為了盡量降低地面反射對(duì)爆轟波的疊加影響，將爆心距地面高選定為1.5m，并且各個(gè)網(wǎng)靶的中心與爆心處于同一水平面。

圖1 靶場(chǎng)示意圖

圖2 傳感器布置示意圖

1.2.2試驗(yàn)結(jié)果

（1）破片速度：共進(jìn)行了6發(fā)榴彈的威力試驗(yàn)，含鋁炸藥裝藥的破片速度測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 破片速度測(cè)試結(jié)果 (m·s-1)

Tab.2 The velocity results of fragments

由表2可知，對(duì)于含鋁炸藥裝藥，距爆心4m處和6m處，殼體材料為50SiMnVB材料的破片速度較高。

（2）破片數(shù)目：裝填含鋁炸藥，介于1cm×2cm和1cm×5cm之間破片數(shù)量排序?yàn)椋?0SiMnVB，58SiMn，D60，見表3。

表3 榴彈靜爆破片統(tǒng)計(jì)

Tab.3 The statistic of static explode fragment

（3）超壓和沖量：殼體內(nèi)裝藥爆炸時(shí)，爆轟產(chǎn)物迅速膨脹壓縮周圍空氣，產(chǎn)生空氣沖擊波，其強(qiáng)度用空氣沖波峰值超壓來表征。

表4是裝藥超壓和沖量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以看出，沖擊波超壓和沖量隨著距離的增大而減少，并隨距離的增大減少的速度趨緩。對(duì)于含鋁炸藥裝藥，殼體材料為50SiMnVB和58SiMn的超壓和沖量值略高。

表4 含鋁炸藥裝藥超壓和沖量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

Tab.4 The data statistic of over-press and impulse with aluminum-containing explosive charge

2 討論

榴彈是利用炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波和高速破片毀傷目標(biāo)，沖擊波為近場(chǎng)毀傷，高速破片為近遠(yuǎn)場(chǎng)毀傷。沖擊波超壓主要與炸藥的種類、裝藥質(zhì)量及破殼時(shí)能量損失率有關(guān)，本次試驗(yàn)中炸藥種類相同，裝藥質(zhì)量相差不大，殼體結(jié)構(gòu)一致，所以沖擊波超壓差異不明顯，如表4所示。

破片毀傷方面，殼體材料的力學(xué)性能及其與炸藥性能的匹配性是影響破片殺傷效果的主要因素。表3數(shù)據(jù)顯示50SiMnVB和D60塑性較58SiMn好，屈服強(qiáng)度大小關(guān)系依次為50SiMnVB、58SiMn、D60。不同材料殼體破片速度從大到小排列為50SiMnVB、D60、58SiMn（表2），這可能是由于58SiMn塑性較差，導(dǎo)致其在炸藥爆轟時(shí)殼體破裂時(shí)間較50SiMnVB和D60鋼早，破片速度最低；50SiMnVB和D60鋼塑性相差不大，50SiMnVB的屈服強(qiáng)度較D60鋼高，破片速度最高。不同材料殼體有效破片數(shù)從大到小排列為50Si MnVB、58SiMn、D60（表3），與3種材料的屈服強(qiáng)度關(guān)系相對(duì)應(yīng)，這可能是由于炸藥對(duì)殼體的破壞作用與炸藥的猛度和殼體強(qiáng)度有直接關(guān)系。D60鋼屈服強(qiáng)度較低，裝填TNT能取得較好的殺傷效果，換裝含鋁高能炸藥后，由于含鋁高能炸藥猛度較TNT提高不少，導(dǎo)致D60鋼形成的無效破片數(shù)量較多，而58SiMn、50SiMnVB材料的強(qiáng)度較高，形成有效破片較多，50SiMnVB強(qiáng)度最高，形成的有效破片最多。本次試驗(yàn)結(jié)果表明，采用50SiMnVB材料的榴彈殼體分步壓裝含鋁高能炸藥，其能量利用率較高，裝藥與殼體匹配性較好。因此，提高榴彈的毀傷威力不僅要從炸藥配方設(shè)計(jì)角度考慮，而且要考慮炸藥裝藥與彈體材料及結(jié)構(gòu)的匹配關(guān)系，以提高榴彈裝藥毀傷效能。

3 結(jié)論

（1）采用分步壓裝工藝裝填含鋁高能炸藥，榴彈彈體材料為50SiMnVB時(shí)能得到最多有效破片。

（2）榴彈分步壓裝高能含鋁炸藥時(shí)，塑性較好的殼體能獲得較高破片速度。

（3）殼體強(qiáng)度和塑性對(duì)高能含鋁炸藥的能量利用率有一定影響，對(duì)于某榴彈裝填某種含鋁炸藥，材料為50SiMnVB殼體的綜合威力較高，與炸藥裝藥的匹配性較好。

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The Influence of Shell Material on the Power of Aluminized Explosives

NIU Lei，WANG Shu-ping，ZHAO Sheng-xiang，DIAO Xiao-qiang，HUANG Wen-bin，F(xiàn)ENG Xue-song

（Xi’an Modern Chemistry Research Institute, Xi’an, 710065）

To study the influence of shell material on the power of high energy aluminized explosives, three materials were used as shrapnel shell. High energy aluminized explosives was loaded into these shells by using the step-press-loading charge techniques, and the power of these shrapnels were compared. The results showed that mechanical properties of shell material had effective impact on the velocity of fragments and the number of fragments. When the shell material of shrapnel was 50SiMnVB, the integrated power was more powerful.

Aluminized explosives；Shell material；Step-stress-loading；Power

1003-1480（2014）05-0031-03

TQ564

A

2014-03-26

牛磊（1987-），男，助理工程師，從事火炸藥研究工作。