復(fù)合式水中兵器戰(zhàn)斗部設(shè)想

李廣超 賀鵬程 孫瑋偉

（1.海裝西安局，山西 晉城 048000；2.海裝重慶局，四川 綿陽(yáng) 621000；3.海裝西安局，山西 太原 030000）

復(fù)合式水中兵器戰(zhàn)斗部設(shè)想

李廣超1賀鵬程2孫瑋偉3

（1.海裝西安局，山西 晉城 048000；2.海裝重慶局，四川 綿陽(yáng) 621000；3.海裝西安局，山西 太原 030000）

為了適應(yīng)現(xiàn)代海戰(zhàn)的發(fā)展，有效毀傷具有堅(jiān)固防護(hù)結(jié)構(gòu)和抗爆炸沖擊能力強(qiáng)的艦艇，必須提高水中兵器戰(zhàn)斗部的破壞威力。針對(duì)現(xiàn)代艦艇雙層殼體和網(wǎng)格式密封艙的特點(diǎn)，本文提出了一種復(fù)合式水中兵器戰(zhàn)斗部的設(shè)想，給出了該戰(zhàn)斗部的結(jié)構(gòu)及作用原理，該戰(zhàn)斗部采用聚能裝藥和隨進(jìn)戰(zhàn)斗部相結(jié)合的方式兩次作用目標(biāo)，極大地提高了它的作戰(zhàn)效能，并從理論上分析了實(shí)現(xiàn)該戰(zhàn)斗部的關(guān)鍵要素。

聚能爆轟；藥型罩；隨進(jìn)戰(zhàn)斗部

隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代艦艇具有堅(jiān)固的防護(hù)結(jié)構(gòu)，抗爆炸沖擊能力得到很大提高，一方面艦艇采用高強(qiáng)度合金鋼、鎳合金或鈦合金等材料制造堅(jiān)固耐壓的防護(hù)殼體，另一方面采用雙層殼體和網(wǎng)格式密封艙結(jié)構(gòu)。普通的水中兵器聚能戰(zhàn)斗部，一般裝藥量在幾十到幾百千克之間，爆炸后靠主裝藥的爆轟形成水中沖擊波能和氣泡能毀傷目標(biāo)，其能量利用率較低，毀傷效能隨雷目距離增加而顯著下降，尤其是小型水中兵器戰(zhàn)斗部，更難于重創(chuàng)艦艇[1，2]。目前，美、英、法等國(guó)海軍已研制出多級(jí)戰(zhàn)斗部，這類(lèi)戰(zhàn)斗部利用聚能裝藥爆轟產(chǎn)生外形良好、大質(zhì)量、高速度的自鍛彈丸穿透艦艇的防護(hù)裝甲，并隨進(jìn)一個(gè)或多個(gè)戰(zhàn)斗部在艦艇內(nèi)部爆炸。本文提出一種復(fù)合式戰(zhàn)斗部的設(shè)想，在不增加戰(zhàn)斗部裝藥的前提下，通過(guò)改變戰(zhàn)斗部的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用聚能裝藥技術(shù)將第二級(jí)戰(zhàn)斗部沖入艦艇內(nèi)部爆炸，造成目標(biāo)致命毀傷。

1 戰(zhàn)斗部原理及結(jié)構(gòu)

該戰(zhàn)斗部的主要原理就是聚能破甲和隨進(jìn)爆破，它利用聚能裝藥爆炸形成高速自鍛彈丸在艦艇防護(hù)裝甲上形成一個(gè)孔洞，并將第二級(jí)戰(zhàn)斗部沖入艦艇內(nèi)部爆炸。

該戰(zhàn)斗部的兩級(jí)結(jié)構(gòu)是將聚能裝藥置于后部，隨進(jìn)戰(zhàn)斗部置于前部，并在戰(zhàn)斗部的中心留出空腔。這種設(shè)計(jì)既可以使聚能爆轟產(chǎn)生的彈丸順利通過(guò)隨進(jìn)戰(zhàn)斗部，達(dá)到破甲的目的，又可以利用爆轟產(chǎn)生的能量，將隨進(jìn)戰(zhàn)斗部沖壓進(jìn)艦艇內(nèi)部。當(dāng)然，還需在聚能裝藥和隨進(jìn)戰(zhàn)斗部之間設(shè)置隔爆層[3]，防止爆轟能引爆隨進(jìn)戰(zhàn)斗部，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖 1 復(fù)合式戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)示意圖

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 聚能破甲

該戰(zhàn)斗部要實(shí)現(xiàn)擊穿艦艇殼體的目的，必須在有限的空間內(nèi)聚集足夠的能量。普通的水中兵器戰(zhàn)斗部攻擊目標(biāo)時(shí)，能夠利用的也只有一個(gè)方向上釋放的能量，其余方向上的能量無(wú)法得到有效利用。而采用了聚能爆轟技術(shù)的戰(zhàn)斗部，有時(shí)幾十千克藥量可以達(dá)到普通條件下幾百千克藥量的效果，它就是利用聚能效應(yīng)來(lái)彌補(bǔ)一般爆炸威力的不足，把炸藥所釋放在各個(gè)方向的能量，會(huì)聚于攻擊目標(biāo)的同一方向上，在該方向的射流能量密度比一般爆炸提高很多。以潛艇為例，它所形成的定向射流沖擊潛艇后，可以輕松擊穿潛艇的外殼，穿過(guò)水艙，在耐壓殼上開(kāi)相當(dāng)孔徑的孔洞，使?jié)撏нM(jìn)水；同時(shí)當(dāng)射流在耐壓殼體上擴(kuò)孔，侵徹部位附近高達(dá)GPa級(jí)的壓力突然下降，造成急劇的軸向水流，這將繼續(xù)撕裂已穿孔的耐壓殼體，進(jìn)而產(chǎn)生較強(qiáng)的沖量破壞后效。

戰(zhàn)斗部聚能爆轟威力的核心是自鍛彈丸成型技術(shù)，其關(guān)鍵要素有兩個(gè)：一是炸藥性能。隨著海戰(zhàn)需求的發(fā)展，對(duì)炸藥能量的要求也越來(lái)越高，國(guó)外先進(jìn)的水中兵器戰(zhàn)斗部一般都采用熱塑高能炸藥；這種炸藥具有能量高、感度低、安全性好的優(yōu)點(diǎn)，其能量提升可以通過(guò)含能材料的成分和比例來(lái)控制[4]；同時(shí)，裝藥工藝和起爆方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)也可以極大地提高爆轟威力。二是藥型罩。其一，材料。聚能戰(zhàn)斗部毀傷的目標(biāo)都是抗爆能力較強(qiáng)的裝甲艦艇，為了使彈丸便于成形，并有較強(qiáng)的穿甲能力，藥型罩應(yīng)采用密度大、強(qiáng)度高、延展性好的材料。目前主要采用鋼和銅兩種金屬，若選擇貧鈾-鈦合金、貧鈾-鈮合金、鐵鎳-鎢合金和鉭等材料，破甲能力將提高2～3倍；歐美國(guó)家已陸續(xù)開(kāi)始采用這些材料來(lái)提高自鍛彈丸的威力。其二，外形結(jié)構(gòu)。炸藥起爆后，藥型罩獲取能量分解，得到介于自鍛彈丸與射流之間的一種高速度、小梯度的彈丸，侵徹水介質(zhì)時(shí)，能利用空化效應(yīng)保持低阻運(yùn)動(dòng)，出水后又能突破裝甲的熔化與強(qiáng)度，產(chǎn)生穿透和剪切裝甲的破壞效果[4][5]；但根據(jù)水中兵器的總體設(shè)計(jì)，他的戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)尺寸及衡重參數(shù)已經(jīng)提前限定，而且他的長(zhǎng)徑比通常較小，在這樣小的長(zhǎng)徑比條件下，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的重創(chuàng)，藥型罩的外形結(jié)構(gòu)非常關(guān)鍵；國(guó)際上采用的藥型罩主要有小錐角、大錐角、球缺形、C形等幾種結(jié)構(gòu)。而目前藥型罩的設(shè)計(jì)主要依據(jù)理論計(jì)算，然后采用試驗(yàn)驗(yàn)證，用脈沖X光機(jī)捕捉自鍛彈丸的形成過(guò)程。關(guān)于自鍛彈丸的理論計(jì)算和對(duì)各種介質(zhì)的侵徹深度、破孔直徑的計(jì)算，已趨于成熟，有幾十種計(jì)算程序，如EPIC，DYNA22D，MEPH23D等。因此，可以根據(jù)目標(biāo)特點(diǎn)設(shè)計(jì)符合要求的藥型罩，然后用試驗(yàn)校核，予以改進(jìn)。

2.2 隨進(jìn)爆破

雖然單級(jí)聚能戰(zhàn)斗部的爆轟效果從能量角度已經(jīng)足夠穿透艦艇的裝甲，甚至可以在其雙層殼體上開(kāi)孔，但卻不能保證完全有效毀傷，還存在使其短時(shí)間內(nèi)修復(fù)的可能；如果在戰(zhàn)斗部破甲之后，隨進(jìn)到艦艇內(nèi)部一個(gè)或多個(gè)小型戰(zhàn)斗部，那么這些戰(zhàn)斗部所帶來(lái)的二次毀傷基本上能夠使艦艇喪失戰(zhàn)斗力[6]，而這種效果是單一結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)斗部所達(dá)不到的。

隨進(jìn)爆破的關(guān)鍵就是戰(zhàn)斗部聚能裝藥在目標(biāo)殼體上形成相當(dāng)孔徑的開(kāi)口，同時(shí)使隨進(jìn)戰(zhàn)斗部獲得足夠的動(dòng)能順利進(jìn)入目標(biāo)內(nèi)部起爆。復(fù)合式戰(zhàn)斗部的聚能裝藥完全能夠在目標(biāo)殼體上形成相當(dāng)孔徑的開(kāi)口，上一節(jié)已作說(shuō)明，這里不再贅述。通常聚能裝藥爆轟形成的射流速度至少在2 000m/s以上[3]，因此，作用在隨進(jìn)戰(zhàn)斗部上的爆轟能，至少可以使其達(dá)到100m/s以上的速度，該速度足夠保證隨進(jìn)戰(zhàn)斗部穿過(guò)已經(jīng)破洞的目標(biāo)殼體。當(dāng)然，為了避免聚能裝藥的爆轟能引爆隨進(jìn)戰(zhàn)斗部，還須在兩級(jí)戰(zhàn)斗部之間設(shè)置隔爆層[3]；隔爆層的材料應(yīng)選擇高強(qiáng)度、大熔點(diǎn)的合金，采用環(huán)形斜錐結(jié)構(gòu)，并在隔爆層與隨進(jìn)戰(zhàn)斗部之間設(shè)置一個(gè)空腔作為安全距離，其結(jié)構(gòu)可以參見(jiàn)圖1，這種結(jié)構(gòu)不僅可以確保聚能裝藥產(chǎn)生的射流順利通過(guò)，還可以防止爆轟的瞬時(shí)高溫影響隨進(jìn)戰(zhàn)斗部。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的復(fù)合式戰(zhàn)斗部，采用聚能裝藥和隨進(jìn)戰(zhàn)斗部相結(jié)合的方式，極大地提高了戰(zhàn)斗部的威力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)的多次打擊，是未來(lái)水中兵器戰(zhàn)斗部發(fā)展的主要趨勢(shì)。當(dāng)然，該戰(zhàn)斗部的設(shè)想仍是一種理想的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，如果要開(kāi)展工程設(shè)計(jì)，還需要充分的理論分析、工藝難點(diǎn)攻關(guān)和戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；同時(shí)，對(duì)于那些相互制約的參數(shù)必須進(jìn)行仿真計(jì)算和模擬試驗(yàn)。

[1]茹呈瑤.現(xiàn)代魚(yú)水雷技術(shù)發(fā)展研究[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2003，25（4），42-47.

[2]齊子風(fēng).提高深水炸彈戰(zhàn)斗部威力的途徑探討[J].水雷戰(zhàn)與艦船防護(hù)，2002（2），35-37.

[3]姜濤，張可玉，詹發(fā)民.一種新型魚(yú)雷戰(zhàn)斗部的設(shè)想[J].魚(yú)雷技術(shù)，2006，14（1），54-56.

[4]龔月珍.魚(yú)雷戰(zhàn)斗部聚能定向爆炸的研究[J].艦船科學(xué)技術(shù)，1993（4），20-26.

[5]廉振國(guó).破甲爆破隨進(jìn)式戰(zhàn)斗部可行性論證報(bào)告[R].徐州:空軍后勤學(xué)院科研部，1999.

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TJ6

A

1671-0037（2014）03-63-1.5

李廣超（1986.8-），男，碩士研究生，助工，研究方向：機(jī)械電子工程。