140mm反鋼筋混凝土聚能戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)威力設(shè)計(jì)

張國(guó)祥++姜棟棟

摘 要：在常規(guī)武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，聚能裝藥戰(zhàn)斗部占據(jù)了越來(lái)越重要的位置，各種結(jié)構(gòu)形式的裝藥得到了廣泛的應(yīng)用，有用于穿深防護(hù)反應(yīng)裝甲鋼板的聚能射流，也有用于穿深鋼筋混凝土的聚能射流，這里主要研究穿深鋼筋混凝土的聚能金屬射流，并有足夠的后效威力毀傷靶后的人員和裝備，并具有最大開(kāi)坑半徑。

本文就聚能裝藥前級(jí)戰(zhàn)斗部的藥型罩形狀、結(jié)構(gòu)尺寸、材料選擇及裝藥進(jìn)行設(shè)計(jì)，使之形成的射流平穩(wěn)，能夠有效穿透C35鋼筋混凝土1000mm并具有最大的開(kāi)坑半徑。

關(guān)鍵詞：前級(jí)聚能戰(zhàn)斗部；聚能裝藥；射流侵徹；C35鋼筋混凝土

中圖分類(lèi)號(hào)： TJ12.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）20-59-2

1 聚能戰(zhàn)斗部研究現(xiàn)狀

自上個(gè)世紀(jì)90年代以來(lái)，以美國(guó)為主要作戰(zhàn)國(guó)的歷次局部戰(zhàn)爭(zhēng)和軍事打擊行動(dòng)中，鉆地彈都為其實(shí)現(xiàn)軍事目的乃至戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利發(fā)揮了巨大的作用。美國(guó)裝備了大量鉆地彈，但主要都以動(dòng)能型侵徹戰(zhàn)斗部為主，依靠彈體飛行動(dòng)能侵徹到掩體內(nèi)部后，引爆彈內(nèi)的高能炸藥，毀傷目標(biāo)。

針對(duì)動(dòng)能型侵徹戰(zhàn)斗部的缺點(diǎn)，20世紀(jì)80年初美國(guó)LLNL實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了兩級(jí)串聯(lián)侵徹戰(zhàn)斗部。串聯(lián)侵徹戰(zhàn)斗部由前級(jí)聚能裝藥、后級(jí)動(dòng)能侵徹體、引信和殼體等組成。后級(jí)動(dòng)能侵徹體內(nèi)裝有高能量、低敏感度炸藥。引信在最佳炸高點(diǎn)起爆前級(jí)聚能裝藥，依靠聚能裝藥所形成的高速粗大射流對(duì)鋼筋混凝土目標(biāo)進(jìn)行有效的侵徹，后級(jí)動(dòng)能侵徹體靠動(dòng)能沿著前級(jí)開(kāi)出的孔洞繼續(xù)侵徹，經(jīng)一定的延時(shí)后引爆后級(jí)裝藥，毀傷目標(biāo)。

2 聚能戰(zhàn)斗部簡(jiǎn)介

聚能裝藥又稱(chēng)成型裝藥或空心裝藥，裝藥的一端帶有金屬凹槽，即藥型罩。在另一端起爆后，產(chǎn)生高溫、高壓爆轟產(chǎn)物迅速壓垮金屬藥型罩，使其以高速在軸線(xiàn)上碰撞，形成能量密度更高的金屬射流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)靶體的侵徹。

3 影響射流侵徹的因素

3.1 炸藥

3.1.1 爆壓

炸藥的爆壓是影響侵徹威力的最主要因素，而爆壓由爆速和密度決定，不同炸藥的成型裝藥侵徹深度不同，試驗(yàn)使用同樣的藥型罩及靶板，只改變炸藥種類(lèi)。由爆炸動(dòng)力學(xué)可知爆壓與炸藥密度和爆速存在以下關(guān)系：炸藥爆壓與侵徹深度存在線(xiàn)性關(guān)系，即爆壓越高侵徹深度也越大。

3.1.2 炸藥尺寸

在選用炸藥時(shí)，首先應(yīng)選用爆轟壓力高，密度和爆熱大的炸藥。此外，用于破甲彈的炸藥還應(yīng)具有低的機(jī)械感度、良好的強(qiáng)度和高的臨界應(yīng)力以保證發(fā)射安全，同時(shí)還應(yīng)有良好的成型性和熱安定性。

帶隔板的成型裝藥由主、副藥柱組成；不帶隔板的裝藥僅有主藥柱。不帶隔板的裝藥從罩頂?shù)窖b藥頂部一般取25～35mm。

3.2 隔板

采用隔板的目的是改變爆轟波形，使炸藥的能量較充分地作用在藥型罩上，提高作用在藥型罩上的爆壓。

隔板材料要求聲阻低、隔爆性能好、與炸藥相容性好、有一定的強(qiáng)度，而且密度小，常用的有膠布塑料、泡沫塑料等。除了使用塑料等惰性材料外，還可以使用低爆速的炸藥等活性塑料來(lái)制作隔板。

3.3 藥型罩

藥型罩應(yīng)選用熔點(diǎn)高、聲速高、密度大和動(dòng)態(tài)塑性好的材料制造。

3.4 殼體

殼體能減小稀疏波作用，提高殼體的強(qiáng)度有利于提高炸藥的能量利用率。另外，殼體還能起殺傷作用。

4 前級(jí)聚能戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 藥型罩材料的選擇

對(duì)侵徹C35鋼筋混凝土的前級(jí)聚能戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使之有效穿深1000mm鋼筋混凝土，并達(dá)到最大穿孔半徑。首先對(duì)藥型罩的材料及結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。藥型罩在爆炸載荷作用下，由于受擠壓而形成金屬射流。其材料的性質(zhì)應(yīng)為高密度，高塑性，高音速，強(qiáng)度應(yīng)適當(dāng)，熔點(diǎn)不能過(guò)低。高塑性是為了保證形成連續(xù)的射流、射流不因流動(dòng)變形而過(guò)早的拉斷；對(duì)熔點(diǎn)的要求是為了不致在形成射流及高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中使材料汽化；而高音速是射流形成的力學(xué)條件所決定的。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)證明，理想的藥型罩材料是銅。這里選用紫銅作為藥型罩的材料。紫銅的音速C=4760～5000m/s。

4.2 炸藥的選擇及藥型罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于前級(jí)聚能戰(zhàn)斗部的設(shè)計(jì)，有三種方案構(gòu)思，通過(guò)三種方案對(duì)比選取最佳方案作為本次設(shè)計(jì)結(jié)果。

方案一

本文選用聚奧-8炸藥，密度為1.83g/cm-3，爆速為8900m/s，計(jì)算可得此炸藥的爆壓為36GPa。與其他炸藥綜合比較，其性能優(yōu)越于HMX/TNT。

本文針對(duì)C35鋼筋混凝土目標(biāo)，藥型罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為雙錐罩，材料為紫銅，密度為8.9㎏/㎝3，兩錐角藥型罩的母線(xiàn)等長(zhǎng)同為83mm，罩錐角為30°～60°。藥型罩直徑為136mm，藥型罩采取等壁厚，壁厚為？啄=2.6mm，質(zhì)量m=0.566㎏，采用無(wú)隔板結(jié)構(gòu)，主裝藥為聚奧-8，密度為1.83g/cm3，裝藥質(zhì)量為3.49kg。殼體厚度為2mm，材料為45號(hào)鋼。裝藥前端采用尖端中心引爆方式。裝藥直徑136mm，主裝藥高度201mm，炸高為500mm。

4.3 聚能戰(zhàn)斗部威力計(jì)算

本文利用射流穿深鋼板的等效模型來(lái)計(jì)算射流穿深鋼筋混凝土。

戰(zhàn)斗部的威力由穿深經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算如下：

5 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)三種前級(jí)聚能戰(zhàn)斗部的方案設(shè)計(jì)對(duì)比分析可以看出，三種方案都能夠很容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但是侵徹孔徑不同，第一種方案采用30°～60°錐角等壁厚，能夠達(dá)到穿深要求，但是侵徹孔徑較小且浪費(fèi)大量炸藥。方案二采用60°～90°錐角等壁厚，也能夠達(dá)到侵徹深度的要求，方案三藥型罩的設(shè)計(jì)采用30°～60°錐角變壁厚，其在侵徹深度的計(jì)算結(jié)果可以看出，比第一種方案侵徹深度相差不大。但是由于是變壁厚，在加工生產(chǎn)過(guò)程中比較困難，所以從加工工藝及經(jīng)濟(jì)性能綜合考慮，本次課程設(shè)計(jì)采用第二種方案。在滿(mǎn)足穿深C35鋼筋混凝土目標(biāo)同時(shí)具有較大的穿深孔徑，基本能夠保證后級(jí)隨進(jìn)彈的順利隨進(jìn)。

6 140口徑聚能戰(zhàn)斗部打靶試驗(yàn)結(jié)果

參 考 文 獻(xiàn)

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