歐美鈍感彈藥技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

1. 不敏感含能材料技術(shù)

不敏感高聚物粘結(jié)炸藥(PBX)

主要是以黑索今(RDX)、奧克托今(HMX)、3-硝基-1,2,4,-3-唑-5-酮(NTO)等為基的PBX，是IM中重要的一類，分別用壓裝、澆鑄、擠壓工藝裝彈。國外以RDX、HMX為基的PBX代表性配方包括PBXW115、KS57、CPX200、ORA86、PBXW114、AFX-757等，以NTO為基的主要有B2214、B3017、B2248等，這些炸藥滿足IM的部分或全部要求。2000年以后，I-RDX和I-HMX研制成功，其沖擊波感度在澆鑄PBX中降低30%左右。(I J Lochert, M D Franson, B L Hamshere. Reduced Sensitivity RDX Part Ⅰ: Literature Review and DSTO Evaluation DSTO-TR-1447, 2003.)目前，I-RDX和I-HMX開始大規(guī)模應(yīng)用于武器彈藥中，顯著提升了彈藥安全性。(A Freche, C Spyckerelle, S Lecume. SNPE Insensitive Nitramines[C]∥2003 IMEMS. Orlando, Florida, March, 2003.)近年，國外開展了以FOX-7、TEX等新型不敏感單質(zhì)炸藥為基的PBX應(yīng)用研究。EURENCO的研究表明，以FOX-7替換PBXN-109中的RDX，其沖擊波感度(LSGT試驗起爆壓力6.82 GPa)比I-RDX基PBXN-109(LSGT試驗起爆壓力5.37 GPa)低27%，由此可見，F(xiàn)OX-7比I-RDX更具有應(yīng)用價值。(C Collet, B Le Roux, B Mahe, et al. FOX-7 based insensitive cast PBX[C]∥2009 IMEMS.Tucson, AZ, May, 2009.)

不敏感熔鑄炸藥

主要是2，4-二硝基苯甲醚(DNAN)基熔鑄炸藥，此類炸藥從2000年前后開始研究，典型代表為IMX-101、 IMX-102、 IMX-103、 IMX-104、OSX-7、OSX-8、OSX-12、PAX-28、PAX-41等，取代TNT、B炸藥等熔鑄炸藥。其中，IMX-101具有優(yōu)異的IM特性，用于代替大口徑火炮中的TNT裝藥，該配方及其原始組分都由Holston陸軍彈藥廠(HSAAP)生產(chǎn)，于2010年2月通過了炮彈主裝藥配方資格認(rèn)證，又于6月通過了155 mm M795炮彈主裝藥的定型認(rèn)證，其綜合性能明顯超過TNT。(Virgil Fung, Ben Schreiber, Charlie Patel, et al. Process improvement and optimization of insensitive explosive IMX-101[C]∥2010 IMEMS. Munich, Germany, October, 2010.)

不敏感傳爆藥

許多國家對不敏感傳爆藥開展了深入的研究，已發(fā)展了多種配方，典型的如美國的PBXN-7、英國的BX系列等，在美、英的鈍感彈藥中得到了廣泛應(yīng)用。此外，美國利弗莫爾國家實驗室研制的RX-55系列的LLM-105為基的PBX配方在不敏感傳爆藥應(yīng)用中有較大潛力，引起了國際炸藥界的極大興趣，以LLM-105為基的傳爆藥配方研制和定型工作被美國能源部列入2003財年的重點研究計劃。此外，以TATB、HNS為基的不敏感傳爆藥也進(jìn)行了廣泛研究。如ITEX-07(60% TATB/35% RDX/5% Binder)不同約束條件和尺寸下的慢烤反應(yīng)烈度均顯著低于PBXN-5(95% HMX/5% Binder)。(Helmut Z. Tube testing for IM assessment of the booster explosives PBXN-5 and ITEX-07[C]∥2012 IMEMS. Las Vegas, NV, May, 2012.)

不敏感推進(jìn)劑

以HTPB、聚醚/聚酯基推進(jìn)劑為主，其快速烤燃、子彈撞擊、破片撞擊等試驗基本滿足IM要求，相對而言聚醚/聚酯基推進(jìn)劑的IM特性優(yōu)于HTPB基。(Herman H Weyland, Marvin L Jones, et al. Propellant development for insensitive munitions:IM testing[C]∥2000 IMEMS. San Antonyo,Texas, United States of American,2000.)此外，跌落試驗的反應(yīng)烈度最低，基本為無反應(yīng)； 反應(yīng)烈度最高的是射流和慢烤試驗，基本是爆燃反應(yīng)以上； 而殉爆試驗并不像炸藥那么難以通過IM標(biāo)準(zhǔn)，燃燒反應(yīng)以下的推進(jìn)劑也占相當(dāng)份額。(Raymond Coleno, Jean M Larrieu, Didier Zanelli.IM tactical solid rocket motor failure mode protocol[C]∥2012 IMEMS. Las Vegas, NV, May, 2012.)

2. 緩解技術(shù)

緩解技術(shù)主要是指采用各種技術(shù)手段降低彈藥遭受意外刺激時的反應(yīng)烈度和危害程度，提高彈藥的本質(zhì)安全性，緩解技術(shù)分為主動緩解和被動緩解技術(shù)。主動緩解技術(shù)主要采用含能材料削弱殼體或形成排氣通道，如反應(yīng)殼體。被動緩解包括安全裝藥技術(shù)(如雙元裝藥，鈍感裝藥等)和彈體結(jié)構(gòu)設(shè)計緩解，其設(shè)計原理主要包括： (1)降低約束強(qiáng)度(如殼體刻槽)； (2)控制能量釋放路徑(如排氣通道)； (3)控制能量進(jìn)入路徑(如防護(hù)技術(shù))。

防護(hù)技術(shù)也是緩解技術(shù)的重要手段，對于抑制外界刺激，降低彈藥反應(yīng)烈度起到重要作用。如，對于高速破片最典型的辦法是采用多層防護(hù)罩，采用硬的和吸能復(fù)合材料，對相對較薄的防護(hù)罩提供有效的保護(hù)，同時防護(hù)罩可以減小射彈速度、削弱破片速度和抑制火焰的傳播；彈頭上采用膨脹發(fā)泡涂料，遇火烤時涂料發(fā)泡、阻然、隔熱，以改善彈藥在火災(zāi)和快烤燃試驗中的性能。美國已將涂料RX2390、FM26用于響尾蛇、麻雀、哈姆等導(dǎo)彈。

3. 試驗與評估技術(shù)

試驗與評估技術(shù)也是鈍感彈藥的關(guān)鍵技術(shù)之一，美國自1984年實施IM計劃七年后，才在1964年頒布的WR-50和1982年執(zhí)行的DOD-STD-2105基礎(chǔ)上，于1991年形成了MIL-STD-2105A《非核武器彈藥危險性評估標(biāo)準(zhǔn)》，明確規(guī)定了鈍感彈藥試驗的七種方法，可見成熟的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)需要相當(dāng)長的時間。此后，MIL-STD-2105A相續(xù)在1994年、2003年和2011年升級為B、C、D版。北約于1996年發(fā)布了鈍感彈藥評估和試驗標(biāo)準(zhǔn)STANAG 4439，以及相應(yīng)的執(zhí)行文件AOP-39，目前已經(jīng)發(fā)展到第三版，其有關(guān)試驗方法見表1。(STANAG 4439 edition 3. Policy for introduction and assessment of insensitive munitions.)

可見，鈍感彈藥試驗實際上考慮了彈藥貯存、運輸、作戰(zhàn)等全壽命周期可能遭受的危險刺激，根據(jù)刺激不同而采取不同的試驗方法和試驗參數(shù)。以射流試驗為例，美國試驗方法針對的危險源是前蘇聯(lián)的RPG-7，加載手段選取口徑81 mm的成型裝藥。其選擇依據(jù)是根據(jù)v2d確定的能量水平而確定的，其中v和d分別是射流頭部速度和直徑，這個能量水平取決于藥型罩材料、口徑和結(jié)構(gòu)，對銅罩而言，相應(yīng)的成型裝藥口徑大致為45～120 mm。

表1 STANAG 4439(第三版)規(guī)定的鈍感彈藥鑒定試驗

4. 鈍感彈藥技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著技術(shù)的發(fā)展，國外將安全技術(shù)綜合應(yīng)用于彈藥安全性改造，取得了豐碩的成果。美國以PBXN-109取代500磅航彈的H6裝藥，并結(jié)合緩解結(jié)構(gòu)設(shè)計，安全性顯著提升，滿足IM試驗的四項標(biāo)準(zhǔn)，而換裝前一項標(biāo)準(zhǔn)也滿足不了，可惜的是射流和殉爆兩項試驗仍不滿足IM標(biāo)準(zhǔn)，見表2。(Jen Duchow, Brian Hays. General purpose bomb fast cook-off mitigation techniques[C]∥2010 IMEMS. San Antonyo, Texas, United States of American, 2010.)從表2可知，僅僅換裝PBX即明顯提高安全性，加上緩解結(jié)構(gòu)，盡管快烤反應(yīng)烈度降低了，但破片撞擊反應(yīng)烈度卻提高了，說明彈藥安全性的核心是不敏感炸藥，應(yīng)針對不同刺激采取相應(yīng)的緩解技術(shù)，方可全面提升安全性。法國采用I-RDX為基的B2214B澆鑄PBX、緩解結(jié)構(gòu)、涂層(FM26)防護(hù)等技術(shù)顯著提升了500磅航彈安全性，全面滿足IM標(biāo)準(zhǔn)。(Laurent Delrieu. New French IM 500lb bombs Laurent Delrieu. New French IM 500lb bombs[C]∥2010 IMEMS. San Antonyo, Texas, United States of American, 2010.)

表2 美國500磅航彈安全性提升歷程

注：Ⅰ—爆轟，Ⅱ—部分爆轟，Ⅲ—爆炸，Ⅳ—爆燃，Ⅴ—燃燒，F(xiàn)—未通過。

目前，鈍感彈藥的概念在進(jìn)一步延伸與拓展，逐步將安全的智能化設(shè)計、環(huán)境影響、老化影響等納入范疇，成為系統(tǒng)水平的概念，如IM SHIP概念就是一種彈藥與平臺系統(tǒng)解決方案，相應(yīng)的技術(shù)也在不斷發(fā)展。在不敏感炸藥方面，以高品質(zhì)炸藥(如I-HMX)為基的PBX成為今后發(fā)展趨勢，同時，加快新型不敏感單質(zhì)炸藥在PBX中的應(yīng)用也成為今后的研究熱點；在緩解技術(shù)方面，新的記憶合金等新材料、新的防護(hù)理念和技術(shù)是今后的發(fā)展趨勢；在試驗技術(shù)方面，針對激光武器、微波武器、光子魚雷等新概念/新型武器打擊的安全性評估技術(shù)是未來發(fā)展的重點。