鈍感爆炸元件技術發(fā)展綜述

李天宇，王雨時，聞 泉，張志彪，王光宇

(南京理工大學 機械工程學院， 南京 210094)

隨著科學技術的飛速發(fā)展，日益復雜的戰(zhàn)場環(huán)境對武器系統(tǒng)提出了更高的要求[1]。傳統(tǒng)作戰(zhàn)平臺如航母、飛機上裝備的各種彈藥，在遭遇如沖擊、撞擊、射流和高溫等突發(fā)情況時，往往會出現(xiàn)烤燃、殉爆、膛炸等事故，這在很大程度上會威脅己方人員的生存和作戰(zhàn)能力。第二次世界大戰(zhàn)期間，日本的“大鳳號”航空母艦因為輸油管線開裂引發(fā)火災，火焰烤燃彈藥最終導致整艘航母被引燃，發(fā)生毀滅性爆炸[2]。第二次世界大戰(zhàn)以后，也多次發(fā)生彈藥在貯存、運輸?shù)冗^程中的爆炸事件。1991年，海灣戰(zhàn)爭中美軍一輛彈藥補給車突發(fā)火災，起火后產生的高溫引發(fā)相鄰彈藥的連環(huán)爆炸，造成3名美軍士兵死亡，56人受傷，補給車隊中多數(shù)車輛被毀[3]。一系列慘痛教訓表明：彈藥系統(tǒng)必須滿足不敏感特性即鈍感特性[4]，才能在一定程度上減少作戰(zhàn)過程中的人員和財產損失。

不敏感彈藥技術貫穿于武器系統(tǒng)的全壽命周期[2]，不僅僅是針對戰(zhàn)斗部的要求，還涉及引信、底火等裝置中包含的一系列爆炸元件。為使武器系統(tǒng)的安全性能達到鈍感彈藥標準，西方國家從20世紀80年代開始研發(fā)低易損性炸藥、低易損性發(fā)射藥、低易損性推進劑和低易損性的爆炸序列[5]。20世紀90年代初期，美國國防部、能源部以及航天局在關于火工品技術的發(fā)展規(guī)劃中多次提到激光點火技術和鈍感高能傳爆技術，主要目的就是革新起爆和傳爆技術，實現(xiàn)爆炸元件的鈍感特性[6]。由此可以看出：鈍感爆炸元件是伴隨鈍感彈藥的發(fā)展而誕生的。爆炸元件在彈藥中處在發(fā)火序列的起始位置，往往是整個彈藥中最敏感的部分。傳統(tǒng)爆炸元件敏感度較高、抗干擾能力弱，遇到意外刺激時容易誤發(fā)火，經常成為彈藥安全事故的元兇。因此在發(fā)展鈍感彈藥時，必須首先大力發(fā)展鈍感爆炸元件[7]。

經過幾十年的發(fā)展，國外鈍感彈藥技術的研究已經取得不小進展，鈍感彈藥技術已應用于各類產品型號，如航空炸彈、火箭彈、導彈戰(zhàn)斗部、魚雷、水雷等[4-5]。我國鈍感彈藥的研究起步較晚，整體落后于國外的研究水平，研制和使用高安全性的新型鈍感爆炸元件，就擺在尤為突出的位置。整體來看，我國對鈍感爆炸元件的研究工作進展較慢，還沒有建立完備的鈍感爆炸元件評估和測試體系。雖然目前鈍感爆炸元件的研制和生產成本較高，但是從長遠角度考慮，鈍感爆炸元件的使用在很大程度上保證了武器系統(tǒng)的安全性，有利于減少在戰(zhàn)爭環(huán)境下由于意外事故而造成的士兵傷亡。由此看來，鈍感爆炸元件的發(fā)展對于保證武器系統(tǒng)的安全性具有現(xiàn)實意義。為了給我國鈍感爆炸元件發(fā)展提供參考，本文主要介紹了國內外鈍感爆炸元件的發(fā)展過程，重點總結了實現(xiàn)爆炸元件鈍感化的主要技術手段，并指出了目前鈍感爆炸元件在設計方面的主要思路。

1 關于鈍感的定義

火工品是指可用預定刺激量激發(fā)其中裝藥，并以裝藥爆炸或燃燒產生的效應完成點燃、起爆功能以及作為某種特定動力能源等的器件或裝置[8]?；鸸て纷哉Q生以來，人們就一直關注其自身在安全方面的性能[9]。然而，在不同類別的火工品中，對于鈍感的定義也不盡相同。在爆炸元件中，比如通常比較敏感的雷管，為了保證引信爆炸序列工作可靠，要控制雷管威力的下限；但是要保證現(xiàn)代引信的隔爆安全性，又必須控制雷管威力的上限[9]。雷管威力過大，造成隔爆失效，在勤務處理中如果意外發(fā)火的話，對引信的安全性影響很大。在GJB 344A—2005中規(guī)定的鈍感起爆器中，A類鈍感電起爆器要求在21±3 ℃和107±3 ℃的溫度條件下，對每個橋路施加最小1 A相應功率最小1 W的直流電流時，要能夠保證爆炸元件在5 min中不發(fā)火(簡稱1A1W 5 min)。此外，GJB 373A—1997中也提及電起爆器的感度要求，除了要求滿足GJB 344A—2005中所對應的性能，還要求電起爆器在受到500 V以下的任何電壓作用時均不能被起爆。索類爆炸元件主要是起到傳遞能量和延期起爆的作用，目前在鈍感方面的規(guī)定和要求尚未見到。

本文所關注的是鈍感彈藥即不敏感彈藥中所定義的鈍感。鈍感彈藥即不敏感彈藥中的爆炸元件未必就是鈍感爆炸元件，未必就是比上述1A1W 5 min不發(fā)火要求還鈍感的爆炸元件。因為鈍感彈藥即不敏感彈藥是整體進行評價的，對鈍感彈藥即不敏感彈藥中引信的安全性要求并沒有像MIL—STD—1316那樣有具體的系統(tǒng)性標準文件。但從總體上看，裝藥比MIL—STD—1316許用直列火炸藥裝藥更為鈍感的爆炸元件，有利于鈍感彈藥及其引信鈍感功能的實現(xiàn)。本文即是主要評述這樣的爆炸元件，其基本要求是鈍感爆炸元件在遭遇意外危險刺激時，只發(fā)生燃燒反應而不爆轟[10]。

2 鈍感爆炸元件的研究現(xiàn)狀

開展鈍感爆炸元件的研制工作，主要是通過使用新型含能材料，對傳統(tǒng)爆炸元件進行改良或者革新。傳統(tǒng)爆炸元件對撞擊、摩擦等外部刺激非常敏感，稍受外力就會產生激烈的爆炸[6]。通常為了實現(xiàn)其不敏感性，總要通過減少壓藥量或壓藥密度來降低感度，這在一定程度上影響了爆炸元件起爆、傳爆時的穩(wěn)定性和可靠性[11]。同時，這種方法往往效果有限，無法真正達到鈍感特性要求。含能材料的鈍感化研究，一直是鈍感彈藥研究中的關鍵技術之一。研發(fā)新型鈍感含能材料并應用到爆炸元件中，替代原先的敏感裝藥，進而降低爆炸元件自身感度，可以從根本上解決爆炸元件的不安全問題。

2.1 鈍感雷管

雷管是將機械能、熱能、電能或化學能轉換成爆轟能量的起爆元件[8]。早在1865年，瑞典科學家諾貝爾就發(fā)明了以雷汞為主裝藥的雷管。隨著科學技術的發(fā)展和人們對于起爆安全性認識的不斷加強，雷管中的裝藥類型和結構也在朝著更加安全的方向發(fā)展[12]。傳統(tǒng)的針刺雷管的裝藥結構一般分為3層：上層針刺發(fā)火藥，中間層為起爆藥，輸出端為猛炸藥。中間層起爆藥的作用主要是傳遞足夠能量，使得輸出端猛炸藥燃燒轉爆轟，從而實現(xiàn)起爆。然而在生產和使用過程中，為可靠起爆猛炸藥，中間層起爆藥往往采用感度很高的含能材料，如疊氮化鉛[8]。這在很大程度上影響到爆炸元件的安全性能，同時還帶來環(huán)境污染等一系列問題。因此，研發(fā)出能夠替代起爆藥的新型含能材料，成為實現(xiàn)雷管鈍感化的主要手段之一[13]。

2014年，美國專利US8776689[14]提及一種用于不敏感彈藥系統(tǒng)中的雷管。在該雷管中，用不敏感藥柱代替?zhèn)鹘y(tǒng)的敏感裝藥斯蒂芬酸鉛或疊氮化鉛，組成3級傳爆序列。3級藥柱依次傳遞反應，最終主裝藥爆轟的啟動只能在最后一級藥柱反應結束后進行。3級不敏感藥柱采用不同的壓藥壓力，其中最后一級的壓藥壓力約為第一段壓藥壓力的兩倍。該雷管中的藥柱可以選用多種不敏感含能材料，如LX-04、PBX-9407、AFX-521、PAX-3等。此外，該種雷管已經在手榴彈、航空炸彈、火箭彈、迫擊炮彈、地雷等武器裝備中得到廣泛運用。圖1是M213手榴彈引信，原先使用C70雷管，圖2是換用了新型3級不敏感裝藥雷管后的引信。

圖1 使用C70雷管的M213引信

圖2 應用新型3級不敏感裝藥雷管后M213引信

2014年，英國泰勒斯公司的勞里·特納等[15]為“寶石路IV”激光制導炸彈中所使用的“極光引信”設計了一款不敏感雷管，如圖3所示。在該型號雷管中，使用鈍感含能材料PBXW-11替換原先雷管中的含能材料，其中，該種裝藥的沖擊靈敏度為1.8 GPa，并且通過了高過載等極端環(huán)境試驗的檢測。圖4為試驗時所用“寶石路IV”激光制導炸彈。

圖3 PBXW-11型不敏感雷管

圖4 試驗用“寶石路IV”激光制導炸彈

根據(jù)STANAG 4439的總要求，分別對使用該型號雷管和使用現(xiàn)有型號雷管的“寶石路IV”激光制導炸彈進行了不敏感彈藥的標準試驗，試驗結果如表1和表2所列。

表1 使用PBXW-11型不敏感雷管的“寶石路IV”激光制導炸彈不敏感試驗結果

表2 使用現(xiàn)有型號雷管的“寶石路IV”激光制導炸彈不敏感試驗結果

對比表1和表2的測試結果可以看出：使用現(xiàn)有型號雷管的“寶石路IV”激光制導炸彈，無法達到現(xiàn)在彈藥系統(tǒng)中提出的不敏感要求。而在換裝PBXW-11型不敏感雷管后，除聚能射流沖擊和殉爆環(huán)境下無法滿足要求外，其他條件下均滿足不敏感要求。盡管PBXW-11型不敏感雷管無法滿足不敏感彈藥試驗的所有標準要求，但是相比于原先型號的雷管，使用PBXW-11型不敏感雷管對于改善原先武器系統(tǒng)整體的不敏感性能仍具有重要意義。

2.2 鈍感傳爆管

傳爆管由傳爆管殼和傳爆藥組成，其作為引信爆炸序列的最后一級單元，決定著整個武器系統(tǒng)威力的有效輸出。傳爆藥作為引信爆炸序列中的主要裝藥，一直以來都是引信裝藥鈍感化的主要對象。國外從20世紀80年代以后，結合鈍感彈藥的研究，開展了鈍感傳爆藥的研究。美國在20世紀90年代研制出了鈍感傳爆藥，其中有6種為壓裝型，如LX-14(N)、PBXW-11、PBXW-31等；4種為鑄裝型，即ERDOC-301、OCTOL85/15、PBXW-129(Q)和PBXN-110。

國外曾經將鈍感傳爆藥的性能和要求歸納為[16]：撞擊起爆感度不高于特屈兒；沖擊波起爆感度不高于特屈兒；傳爆和輸出特性類似于特屈兒；在快速烤燃和慢速烤燃條件下都只能發(fā)生溫和的反應；批量生產工藝性好。

美國多次修訂《引信安全性設計準則》，并建立了火炸藥安全性評估標準及檢驗方法。美國國防部在2017年最新頒布的MIL—STD—1316F《引信安全性設計準則》中，明確列出了一系列鈍感傳爆藥[17]。鈍感傳爆藥的研究，通常是在傳統(tǒng)藥劑中加入鈍感劑，常用的鈍感劑主要有蠟類、高聚物及硝基化合物等，如美國研制的PBX-9604，其主要成分為黑索今，通過加入4%的鈍感劑(800號氟樹脂)，提高對于極端環(huán)境刺激的承受能力，實現(xiàn)藥劑的鈍感化要求。英國研制的BX系列鈍感火炸藥，則主要以TATB成分為主，加入一定比例的硝銨，在保證輸出威力基本不變的前提下，降低彈藥的感度[1]。表3列出了一些常用鈍感劑及其物理性能[18]。表4列出了美國、英國和法國典型鈍感傳爆藥的配方[19]。

目前，我國常用的傳爆藥有聚黑-14、聚奧-9、鈍黑-5等，這些含能材料目前已經通過了GJB 2178中規(guī)定的各項試驗。但是這些傳統(tǒng)的傳爆藥已經不能滿足STANAG 4439中規(guī)定的6項鈍感試驗的要求[20]。因此，必須研制用于不敏感彈藥的新型鈍感傳爆藥。我國現(xiàn)有的不敏感傳爆藥中，主要是以TATB基、LLM-105基、2，5-二苦基-1，3，4-噁二唑(DPO)基的三類不敏感傳爆藥。其中聚黑苯(組分為RDX/TATB/氟橡膠)和聚奧苯(組分為HMX/TATB/氟橡膠)系列傳爆藥，具有較低的機械感度和較高的沖擊波感度，能夠滿足鈍感傳爆藥的要求。而LLM-105/EPDM傳爆藥，已通過GJB 2178A的9項安全性試驗[21]。

2017年，西安近代化學研究所黃亞峰等[22]研制了一種新型高能壓裝鈍感傳爆藥，并給出了制備方法。該種鈍感傳爆藥由混晶復合材料(由1，1-二氨基-2，2-二硝基乙烯和黑索今構成)和黏結劑組成，其中粘結劑的制備采用乳液法。該種不敏感傳爆藥，除滿足快速烤燃、慢速烤燃、槍彈打擊和破片撞擊等4項不敏感試驗要求外，還兼具優(yōu)良的爆轟輸出能力。該傳爆藥相比于國外典型產品PBXN-6，除滿足通用安全性指標和不敏感要求外，其成型密度要優(yōu)于PBXN-6。

表3 一些常用鈍感劑及其物理性能

表4 美國、英國和法國典型鈍感傳爆藥配方

此外，還可從傳爆管殼結構設計的角度，優(yōu)化其殼體結構以實現(xiàn)鈍感化要求。圖5為傳爆管殼體泄壓槽結構示意圖，其主要原理是當彈體受到極端環(huán)境沖擊時，彈內壓力上升導致殼體提前破壞，從而泄壓，使傳爆藥不發(fā)生反應，以防止引爆主裝藥[10]。2008年，北約彈藥安全信息分析中心公布了對美國空軍AGM-158 JASSM(聯(lián)合空對面防區(qū)外導彈)(如圖6所示)鈍感化改進方案，其中一項就是使用帶有泄壓裝置的引信傳爆管。

圖5 傳爆管殼開泄壓槽示意圖

圖6 美國空軍 AGM-158 聯(lián)合空對面防區(qū)外導彈

當然，目前還出現(xiàn)了將兩種手段綜合起來考慮的引信傳爆管設計，即不僅更換傳爆藥，同時又在傳爆管殼上設有泄壓孔。如目前美國陸軍60 mm口徑迫擊炮彈(如圖7所示)所使用的M720E1引信。該引信相比于原先所使用的M720引信，最主要特點就是將先前較為敏感的傳爆藥替換為新型鈍感傳爆藥PBXN-5；同時在傳爆管的殼體四周開設泄壓孔，并在泄壓孔中填充有塑性材料。通過上述一系列的不敏感改造，M720E1引信滿足了快速烤燃試驗的要求。

圖7 換裝M720E1引信的美國陸軍60 mm口徑迫擊炮彈

3 鈍感爆炸元件發(fā)展遇到的問題及對策

鈍感爆炸元件的出現(xiàn)，雖然使得彈藥在勤務處理等過程中的安全性大大增強，但是其使用過程中也出現(xiàn)了許多問題。在鈍感爆炸元件的使用過程中，往往會發(fā)生裝藥無法有效起爆、傳爆或彈藥只是部分反應等問題。此外，新型爆炸元件中運用的復雜技術往往導致爆炸元件尺寸較大，并導致日常維護保養(yǎng)工作更加繁瑣等一系列后續(xù)問題，阻礙了新型爆炸元件技術的進一步推廣。

3.1 起爆可靠性問題

傳統(tǒng)爆炸元件在使用過程中，由于本身感度較高，極易受到外界環(huán)境刺激而被意外引爆，這也使得安全事故頻發(fā)[20]。鈍感爆炸元件在發(fā)展初期，主要工作是通過降低裝藥的感度，尤其是將傳統(tǒng)爆炸元件中的火炸藥直接替換為新型鈍感藥劑。但是，在裝藥量保持不變的情況下，火炸藥在添加鈍感劑后，會導致其本身感度降低。鈍感爆炸元件中所裝炸藥臨界起爆壓力的提高，在起爆時對傳統(tǒng)的起爆方式提出了更高的要求。在引信的傳爆序列中，傳爆藥作為最后一級輸出單元，其可靠起爆對于最終能否起爆主裝藥起著決定性作用。因此，傳爆過程的可靠性就顯得尤為重要。由此看來，必須采用起爆增強技術，來解決鈍感爆炸元件在使用過程中遇到的無法被可靠起爆的問題。

3.1.1 激光點火技術

激光由于具有匯聚能量的特點，被廣泛應用于各種材料的熱處理，也可以引發(fā)高能化學反應。此外，光脈沖可以沿著不受電效應影響和具有化學穩(wěn)定性的路徑傳遞。與傳統(tǒng)點火方式不同，激光點火技術主要是利用激光所產生的巨大能量來引爆炸藥[23]。同時，激光點火具有顯著的抗電磁干擾能力，這在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中有利于提高武器系統(tǒng)的安全性。美國從20世紀70年代開始，逐步完成了激光點火技術的基礎研究[24]。在激光點火技術的工作方式，本質上就是將激光直接照射在吸收離散波長的含能材料上(其點火技術原理如圖8所示)，利用激光能量的匯聚作用起爆炸藥。這在很大程度上增強了點火方式的可操作性，提高了爆炸元件抗干擾能力。在激光點火爆炸元件中，為了達到鈍感炸藥的能量閥值，需要將高功率脈沖激光耦合到光纖中，并解決其在光纖中傳播效率低的問題。此外，激光點火系統(tǒng)中，激光二極管是主要的能量輸出元件，然而它在工作過程中，極易受到外界環(huán)境如溫度、靜電場等干擾，從而影響使用壽命，甚至會造成意外發(fā)火。因此，激光點火技術還需要找到適配于激光二極管的電流源裝置，保證輸入激光發(fā)射器中電流的穩(wěn)定[24]。

圖8 激光點火技術原理

2003年，美國洛斯·阿拉莫斯國家實驗室的阿里等[25]使用二氧化碳激光點火器研究了炸藥在燃燒轉爆轟情況下的反應機制；英國的伯恩[26]在研究激光點火技術時，發(fā)現(xiàn)當激光脈沖被直接傳送到炸藥上時，裝置中的炸藥會立即產生爆轟，而沒有經由燃燒轉變；美國專利US8272325[27]介紹了一種采用激光點火技術的雷管(如圖9所示)起爆裝置。其主要原理就是通過光纖把激光傳遞到一個裝滿鈍感猛炸藥的密閉空間中。由于激光能量的匯聚作用，使太安發(fā)生燃燒轉爆轟反應。此外，光纖和爆炸物表面之間的間隙對延遲時間也具有實質性影響。改變兩者之間的間隙，可以實現(xiàn)延遲起爆。

1.啟動系統(tǒng)；2.鈍感猛炸藥；3.細長內管；4.光纖；5.光纖連接器；6.包層；7.助力器

近些年，我國在激光點火技術方面也有了較大進展。何平[28]針對某反坦克導彈激光近炸引信的原設計方案，提出了一種裝有激光傳感器定距裝置的光學系統(tǒng)，利用激光傳感器加強了定焦面清晰成像特性，同時提高了該引信的抗干擾能力。2014年，王猛等[29]發(fā)明了一種激光起爆系統(tǒng)，該系統(tǒng)由激光器適配電源、激光器電源數(shù)控系統(tǒng)、激光器陣列、激光分光器、光纖和無起爆藥雷管組成(如圖10所示)。該系統(tǒng)接通電源工作時，由激光器電源數(shù)控系統(tǒng)控制激光器，激光器發(fā)射出來的激光經由光纖導入到激光分光器，分光后的激光同時輸出到無起爆藥雷管中的鈍感猛炸藥上，從而完成系統(tǒng)中雷管的起爆。該激光起爆系統(tǒng)由于可以同時產生多組激光信號，所以還可以被用來連接不同的鈍感爆炸元件，這對于提高起爆的安全性和智能性具有積極意義。

1.激光器適配電源；2.激光器電源數(shù)控系統(tǒng)；3.激光器陣列；4.激光分光器；5.光纖；6.無起爆藥雷管

3.1.2 飛片起爆技術

飛片起爆作為一種新的起爆方式，目前公認其沖擊起爆機理本質上仍是“熱點”起爆。圖11為飛片起爆技術的工作原理示意圖，其工作過程是：起爆裝置中釋放出的高電能作用于爆炸箔，使其瞬間汽化產生等離子體，形成極高的壓力；該壓力作用于飛片，將飛片切下后驅動其以高速撞擊炸藥藥柱，完成起爆[30]。飛片在等離子體的加速作用下可以產生很高的速度，這使得在起爆炸藥前能夠獲得較高能量。因此，當藥柱使用鈍感藥劑時，也能滿足可靠起爆的要求，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的鈍感化。此外，目前也出現(xiàn)了使用激光驅動飛片高速撞擊鈍感炸藥的技術[24]。將該技術運用于爆炸元件后，通過改變傳統(tǒng)爆炸元件的工作方式，就降低了爆炸元件的感度。

沖擊片雷管是一種電驅動的飛片雷管(如圖12所示)，是目前運用飛片起爆技術的主要成果[30]。在沖擊片雷管中，使用了較為鈍感的“起爆炸藥”替代傳統(tǒng)的敏感火炸藥，使得在外界危險情況的刺激下避免了意外發(fā)火。1961年，美國率先進行了飛片起爆技術研究，經過幾十年的發(fā)展，已經成功研制出成熟的沖擊片雷管。目前，沖擊片雷管已經實現(xiàn)了量產，在陶-2B反坦克導彈、愛國者導彈等武器系統(tǒng)中都有應用[31]。1993年，美國的J.H.Hebderson等[32]使用傳統(tǒng)微電子制造技術制造了兩種由硅制成的沖擊片雷管。在這兩種雷管中，沖擊片的導電蝴蝶結由兩種不同的技術制造：第一種方法主要是在空腔底部使用金屬蝴蝶結結構，第2種方法則是將雜質選擇性地擴散到空腔底部，以增加硅的導電性，即擴散的蝴蝶結結構。研究結果表明：由于硅電阻率負熱系數(shù)的存在，擴散的蝴蝶結結構可以用來降低沖擊片雷管受到的電磁干擾，同時改善其對于靜電放電的不敏感性。

20世紀80年代，我國開始飛片起爆技術研究[30]。2014年，黃娜等[33]針對沖擊片雷管中的爆炸箔能量利用率低的問題，采用閉合場非平衡磁控濺射離子鍍技術和皮秒激光微加工系統(tǒng)，制備了Cu、Cu/Au、Cu/Al/Ni三種爆炸箔進行對比實驗。結果表明：在相同的起爆條件下Cu/Al/Ni爆炸箔的能量利用率更高，有利于爆炸箔起爆系統(tǒng)低能化研究。2015年，陜西應用物理化學研究所的周密等[34]設計了一種在陶瓷基板的正面和背面分別制備的爆炸橋箔和高壓平面開關，與其他零部件組裝成使用集成高壓平面開關的沖擊片雷管，并且研究了其電爆炸性能。結果表明：該沖擊片雷管與使用火花隙開關的沖擊片雷管放電參數(shù)基本相同，該高壓平面開關能夠代替火花隙開關完成沖擊片雷管的起爆要求，降低沖擊片雷管系統(tǒng)體積和生產成本。

圖11 飛片起爆技術工作原理示意圖

圖12 沖擊片雷管

3.1.3 聚能效應起爆技術

炸藥裝藥一端的空心凹穴能夠將爆炸能量聚集在中心軸線上的效應稱為聚能效應，其裝藥結構也被稱為聚能裝藥[35]。利用沖擊波的聚能效應理論，可以有效提高炸藥爆炸時的輸出威力。1792年，德國工程師Franz von Baader[36]在裝藥設計上，將對準被爆介質的一端做成凹狀，這使得起爆威力大大增強。目前，聚能效應起爆技術已經廣泛的運用到軍事武器、民用爆破等領域。圖13是一種聚能效應傳爆管的典型結構示意圖，當爆轟波生成后自上而下傳播時，炸藥中爆轟波在到達凹型界面時，爆轟產生的能量會朝著凹穴中心軸線方向匯聚，起爆威力顯著大于常規(guī)平端面的柱形傳爆管結構。這種結構在提高輸出威力的同時，也減少了相同外廓尺寸下同種傳爆藥的裝藥量，具有積極的工程意義[37]。此外，聚能射流效應能夠顯著提高能量密度，高效傳遞炸藥爆炸能量[38]。當裝藥表面帶有金屬罩時，金屬罩在爆炸產物作用下受到壓縮，爆炸產生的部分能量轉移到金屬罩中，形成聚能射流[39]。在爆炸元件中，當含能材料使用鈍感裝藥時，采用聚能射流起爆方式，能夠實現(xiàn)可靠起爆，這對提高鈍感爆炸元件的可靠性具有重要意義。

圖13 聚能效應傳爆藥典型結構示意圖

2005年，曹雄[40]綜合運用炸藥沖擊起爆理論、聚能效應理論及拐角效應等理論，設計了環(huán)形、錐環(huán)形、凹球形(包括外圓凹球形和外錐凹球形)和半球形4種新型傳爆藥裝藥結構(如圖14所示)，并對其起爆特點進行了詳細的理論分析。實驗的結果表明：凹球形傳爆藥柱起爆威力較圓柱形藥柱提高約55%，且外錐凹球形起爆威力大于外圓凹球形起爆威力；半球形傳爆藥柱起爆威力較圓柱形傳爆藥柱提高約32%，且半球直徑越大，起爆威力越大。

圖14 傳爆藥裝藥結構示意圖

3.1.4 多點起爆技術

鈍感主裝藥的出現(xiàn)對爆炸序列中的傳爆藥柱提出了更新的要求，即傳爆藥柱必須要有足夠的輸出用于可靠起爆鈍感主裝藥[41]。采用多點起爆的方式，可以有效提高起爆能力，而多點起爆在爆炸元件中的應用相對較少。一方面是由于多點同步起爆誤差總是存在的，而多點同步起爆的精度直接影響到爆轟波的形成，會對起爆輸出威力造成較大的影響；另一方面是由于多點起爆方式中起爆點數(shù)目的增多，工程應用中在結構安全性等方面較難以實現(xiàn)。近年來，美國海軍正在探索極度不敏感物質(EIDS)的多點同步陣列起爆技術。在起爆時，實現(xiàn)多個爆轟波發(fā)生對撞，使碰撞點處的超壓峰值達到正常爆轟波超壓的2倍以上，用于可靠引爆不敏感炸藥[10]。如圖15所示。

圖15 極度不敏感物質多點同步起爆技術

曹雄等[42]設計了一種多點起爆結構(如圖16所示)，配合使用環(huán)形傳爆藥柱利用同步爆轟使傳爆藥柱的沖擊波向中心主裝藥匯聚、疊加，使輸出的壓力波形盡量集中，從而增加局部沖擊波壓力。試驗結果表明：在保證較小同步時間偏差的情況下，增加起爆點個數(shù)有利于提高環(huán)形傳爆藥輸出；由于減少相對敏感的傳爆藥用量而不降低其起爆能力，使得彈藥在貯存、運輸、使用等過程中的危險性降低，增加了彈藥的安全可靠性。

圖16 多點同步起爆結構

3.2 鈍感爆炸元件微型化問題

先進技術運用到爆炸元件中，對鈍感爆炸元件的發(fā)展起到了革命性的推動作用[6]。由于先進技術具有智能化、集成化等優(yōu)點，所以新型鈍感爆炸元件也被認為是未來爆炸元件發(fā)展的主要方向之一。然而，新型鈍感爆炸元件中采用的技術較為復雜，不僅對使用人員提出了更高的要求，而且也給后期維護帶來了一定困難。新型鈍感爆炸元件往往尺寸較大，所處的空間又相對有限，不符合目前武器系統(tǒng)中提出的微型化要求，因而也在一定程度上增加了運輸、貯存等方面的成本，極大地阻礙了爆炸元件鈍感化技術的進一步發(fā)展。

隨著武器系統(tǒng)微型化的發(fā)展，微機電系統(tǒng)爆炸元件受到了廣泛的關注。微機電系統(tǒng)側重于超精密機械加工，是機械、電子、材料等多個學科交叉融合發(fā)展而成的。將微機電系統(tǒng)應用于爆炸元件制造技術，不僅使傳統(tǒng)爆炸元件的尺寸大幅度減小，節(jié)約了爆炸元件在武器系統(tǒng)中所占的空間[43]；而且由于該技術具有智能化、數(shù)字化、精密化等特點，極大地提高了爆炸元件的安全性能。美國在20世紀90時代后期，以可替代M100電雷管的微機電系統(tǒng)爆炸元件為目標，重點開展了微機電系統(tǒng)換能元的結構設計，研究了低能發(fā)火條件下的工作性能影響因素[44]。挪威Gakkestad Jakob等[45]發(fā)明了一種可以用于微機電系統(tǒng)爆炸元件中的新型導電膠，該導電膠具有優(yōu)異的機械性能和熱力學性能。他們根據(jù)MIL—STD—883中方法1010.8規(guī)定的測試要求，進行了快速升溫循環(huán)試驗，最終將該爆炸元件成功運用到某中型口徑的彈藥引信中。印度的Shukla Harshit等[46]利用微機電系統(tǒng)技術，研發(fā)了一種新型的爆炸元件點火技術。該技術使用電子束沉積鉑加熱器重復點火并且持續(xù)燃燒，成功點燃了硼/硝酸鉀，并進一步改進了爆炸元件的結構和裝配技術，同時還論證了該技術在航天推進系統(tǒng)中的應用前景。

4 結論

鈍感彈藥技術，已經成為國際軍事發(fā)展的潮流。鈍感彈藥技術的發(fā)展，給爆炸元件提出了更高的要求，傳統(tǒng)爆炸元件在某種程度上，已經無法滿足鈍感彈藥技術的要求。目前我國對鈍感爆炸元件的研究多局限于對其裝藥本身的研究，而忽視了從殼體等結構方面考慮進行鈍感化改造。此外，還需要關注引信爆炸序列中爆炸元件實現(xiàn)鈍感化后的“匹配特性”，即由于鈍感爆炸元件的感度下降，應保證其在爆炸序列逐級傳遞時起爆的可靠性。從彈藥系統(tǒng)整體來看，保證鈍感爆炸元件之間的可靠傳爆以及最終可靠起爆鈍感主裝藥，也應該成為今后不敏感彈藥技術研究的主要方向之一。