直線多點同步起爆MEFP戰(zhàn)斗部技術研究

張新華，趙家其，石 晉

(1 安徽紅星機電科技股份有限公司，合肥 231135；2 南京理工大學機械工程學院，南京 210094)

0 引言

隨著軍事科技的進步，精確打擊、高效毀傷是當前常規(guī)武器發(fā)展的主流。與射流相比，EFP具有對炸高不敏感，反應裝甲對其干擾小，侵徹后效大等優(yōu)點[1]。MEFP(多爆炸成型彈丸)所具備的一個戰(zhàn)斗部同時形成多個高速彈丸的功能，可以增加彈藥的有效殺傷半徑，對目標實現(xiàn)大密度攻擊，提高彈丸命中及毀傷目標的概率[2]。相比于傳統(tǒng)的戰(zhàn)斗部毀傷元素，MEFP因具有更高的動能，能夠有效地提高防空反導的作戰(zhàn)效率[3],提升作戰(zhàn)效能。

國內(nèi)外針對MEFP技術開展了起爆方式對MEFP的成型、飛行穩(wěn)定性、侵徹能力及毀傷效能的影響相關研究[4-6]。對于周向多層分布藥型罩的戰(zhàn)斗部來說，不同的起爆方式會直接影響彈丸飛散角，進而影響毀傷面積。對于直線多點同步起爆MEFP戰(zhàn)斗部來說，起爆裝置是影響戰(zhàn)斗部作戰(zhàn)威力的重要因素，其起爆的同步性直接影響爆轟波的傳播特性，進而決定戰(zhàn)斗部的毀傷效能。鄭燦杰等利用LS-DYNA軟件仿真研究了5層周向MEFP戰(zhàn)斗部在單點起爆條件下起爆點高度及多點起爆條件下起爆點數(shù)、起爆同步誤差等因素對MEFP毀傷元速度和飛散角的影響[7]。黃寅生等研究了鈍感耐熱炸藥制成的柔性金屬導爆索作為傳遞爆轟能量的微秒級延期擴爆裝置[8]。文中將多點同步起爆裝置應用于MEFP戰(zhàn)斗部裝藥中，通過對起爆裝置的同步性測試和X光測試，說明裝置的可行性，并進行了有關試驗驗證，為多點起爆MEFP戰(zhàn)斗部裝藥提供具體的工程解決方案。

1 起爆裝置分析

在中心軸線采用多點起爆方式引爆炸藥裝藥，爆轟波在傳播過程中會發(fā)生碰撞，在一定條件下發(fā)生馬赫反射，使爆轟壓力成倍增加，形成高壓、高能量密度區(qū)域[9-10]，不僅可以大幅提高爆炸成型彈丸的飛行初速，還有利于形成帶有尾翼的爆炸成型彈丸，提高彈丸的飛行穩(wěn)定性。

如圖1所示，以起爆5層周向MEFP戰(zhàn)斗部為研究對象，在引信和MEFP戰(zhàn)斗部之間設計一個6路柔性金屬導爆索傳擴爆裝置。利用引信輸出爆轟能量同時起爆6路導爆索同步起爆裝置，實現(xiàn)同步起爆MEFP戰(zhàn)斗部。該同步起爆裝置的特點是利用導爆索自身的爆速和長度，實現(xiàn)μs級起爆；利用提高不同路的導爆索間起爆時間精度，實現(xiàn)多路同步起爆EFP戰(zhàn)斗部；每路起爆點之間采用隔爆板，解決了起爆點之間地隔爆和各起爆點獨立起爆的問題。

圖1 多點同步起爆MEFP示意圖

1.1 確定起爆點

起爆點位置直接影響到毀傷元的飛散角。在同步起爆裝置設計中，藥型罩受到的起爆能量是由相鄰兩個起爆點的形成爆轟能量疊加而成，如果起爆點不對稱，藥型罩上受到的爆轟能量不均勻、不對稱，形成的EFP不規(guī)則，飛散角加大，因此各起爆點的起爆中心點位置對保證MEFP性能尤為重要。如圖2所示，設計同步起爆裝置的起爆中心位置時，一般取傳擴爆塞的輸出端面，即A點。理論位置A點在傳擴爆塞的輸出端，距離管殼口部39 mm。為了驗證同步起爆裝置的起爆中心位置設計是否合理，參照鉛鑄法，將同步起爆裝置放置在鋼錠內(nèi)，如圖3所示。對其起爆點的實際位置進行試驗測定，試驗數(shù)量5發(fā)。起爆單元作用后，對中心孔變形最大位置處距離鋼塊口部的距離進行測量，結果見表1。

圖2 起爆單元爆點理論位置

圖3 起爆中心點測試前及試驗后解剖圖

表1 起爆單元爆點位置測試結果

試驗結果表明，同步起爆裝置實際的起爆中心與理論位置點有所偏差，實際起爆點位置后移了2.5～4 mm，平均3.2 mm。JH-14藥柱是各起爆點爆轟能量的核心，傳擴爆塞端面(理論爆點所在端面)輸出爆轟能量起爆JH-14藥柱，此時輸出爆轟能量較小、爆速較低，爆轟能量在JH-14藥柱內(nèi)成長為穩(wěn)定爆轟需要一定距離，導致JH-14藥柱實際起爆點位置相對于理論爆點后移。為了最大限度地實現(xiàn)中心起爆，保證EFP效能，在設計同步起爆裝置時，按實測位置設計起爆中心B點，B點距A點距離取平均值3.2 mm。

1.2 起爆的同步性

采用中軸線多點起爆雖然對端部毀傷元速度提升效果不明顯，但可大幅提升中間層MEFP速度。研究發(fā)現(xiàn)，對口徑大于48 mm的周向MEFP戰(zhàn)斗部而言，500 ns以內(nèi)的起爆同步誤差雖然不會對MEFP毀傷元速度和飛散角產(chǎn)生明顯的影響，但起爆同步誤差的存在會使MEFP成型更加不對稱[11-12]，影響彈丸的飛行穩(wěn)定性和飛行速度，從而削弱戰(zhàn)斗部毀傷威力。因此，保證多點起爆同步性對于周向MEFP戰(zhàn)斗部毀傷效能至關重要。

同步起爆裝置的主要功能是將導爆索傳遞來的爆轟波逐級放大，并同步起爆MEFP戰(zhàn)斗部裝藥。同步起爆裝置主要由傳擴爆件、擴爆藥柱及管殼等組成，其中傳擴爆件主要由導爆索、擴爆裝藥等組成。傳擴爆組件內(nèi)裝六硝基茋炸藥，傳擴爆塞內(nèi)六硝基茋炸藥裝藥直徑依次增加。

導爆索是由金屬薄壁管內(nèi)裝六硝基茋炸藥，經(jīng)多次縮徑拉伸而成。目前常用的小直徑(Φ1 mm)金屬導爆索主要有鉛導爆索和銀導爆索。Φ1 mm銀導爆索實測爆速6 920～7 080 m/s，即(7 000±80)m/s，散布精度為±1.14% ；Φ1 mm鉛導爆索實測爆速4 880～5 200 m/s，即(5 040±160)m/s，散布精度為±3.17% ，銀導爆索爆速散布精度優(yōu)于鉛導爆索，有利于提高同步起爆裝置的同步性能，同時銀導爆索具有強度及韌性好等優(yōu)點，能夠較好適應力學環(huán)境，因此，優(yōu)先銀導爆索用于同步起爆裝置。

結合同步起爆裝置的外形尺寸及同步性要求，起爆單元導爆索的設計長度L定為300 mm，公差值取±3 mm，導爆索的爆速v取(7 000±80)m/s，經(jīng)計算，同步起爆裝置內(nèi)起爆單元的極限起爆時間Tmax，Tmin分別為43.8 μs,41.9 μs，即同步起爆裝置最大同步性偏差值ΔT為1.9 μs。傳擴爆組件同步性偏差理論上包括了長度尺寸偏差、爆速偏差等。所以在實際工程應用時，每發(fā)產(chǎn)品裝配所用的導爆索應盡可能取自同一根導爆索，避免因不同導爆索爆速不同而引起爆速偏差，同時，導爆索在截取裝配時，使用專用工裝進行量取剪裁，最大限度減小導爆索的使用長度偏差，進一步提高裝置同步起爆性能。

2 同步性分析

2.1 探針法測試

為準確測定同步起爆裝置各爆點的起爆時間偏差，針對產(chǎn)品的結構特點，設計了同步起爆裝置同步性測試工裝，該工裝主要包括套環(huán)、螺帽和探針，測試設備為BBS-1型智能爆速測試儀。同步性測試方法示意圖如圖4，測試靶線安裝狀態(tài)如圖5，試驗結果如表2。

圖4 同步性測試方法示意圖

圖5 靶線安裝狀態(tài)

表2 同步性測試結果 單位：μs

由試驗結果可以看出，Δt分別為1.12 μs，1.11 μs，1.13 μs。該同步起爆裝置的最大起爆時間偏差在1.11～1.13 μs之間，起爆時間偏差跳動性較小，且均小于理論計算得到的起爆時間偏差。由此可知，該同步起爆裝置作用可靠且穩(wěn)定性良好。

2.2 X光測試

為直觀觀察各爆點起爆時的同步性情況，進行了爆炸同步性X光測試，試驗1發(fā)。測試圖如圖6。

圖6 同步起爆裝置X光照片起爆過程

通過起爆過程的3幅X光照片可以看出，t=38 μs時，各起爆點沒有明顯的起爆跡象；t=40.85 μs時，各起爆點出現(xiàn)了鼓起，表明各起爆點開始作用；t=42 μs時，各起爆點出現(xiàn)了較明顯的鼓起，表明40.85～42 μs的1.15 μs時間內(nèi)各起爆點持續(xù)同步作用。因此可以得出X光照片測試的起爆時間偏差小于1.15 μs。

以5點同步起爆為例，理論起爆時間偏差值為1.9 μs，采用探針法測得起爆時間偏差范圍為1.1～1.3 μs，X光照片測試的起爆時間偏差小于1.15 μs?？紤]到理論起爆時間偏差包括的長度尺寸偏差、理論爆速偏差等影響因素較多，而探針法和X光測試的結果更接近于真實值，且兩種方法測試的數(shù)值接近，相互印證，因此可以推斷出同步起爆裝置起爆時間偏差應小于1.9 μs。

3 仿真驗證

在一定裝藥結構條件下，適度增加起爆點數(shù)量有利于提高EFP彈丸速度以及長徑比[13]，但鑒于起爆點數(shù)量過多會影響起爆精度，且增加起爆點數(shù)量并不能減少因稀疏作用而產(chǎn)生的飛散角度[14]，故以5層周向MEFP戰(zhàn)斗部為例，分析6點同步起爆裝置對戰(zhàn)斗部威力的影響。

以爆轟波疊加理論為基礎，從提高作用在EFP上的動能以及EFP飛散帶寬的角度進行分析。通過仿真分析，由于馬赫碰撞而產(chǎn)生的高壓區(qū)，其波陣面壓力較單點起爆有明顯提升，圖7為爆轟波傳播特性及藥型罩壓力云圖。

圖7 爆轟波特性及藥型罩壓力云圖

采用裝藥端面單點起爆時，測得距起爆點最近的藥型罩所形成的EFP飛散角約為3°，距起爆點最遠的藥型罩形成的EFP的飛散角達到約12°。而對比圖1的多點同步起爆方式，各層藥型罩所形成的EFP飛散角均極小，且在保證起爆裝置同步性和起爆位置精確的情況下，各EFP可視為以垂直于裝藥軸線方向飛散，此時飛散角可忽略不計。因此，采用(n+1)個起爆點起爆n層藥型罩時，明顯減小各層EFP飛散角，提升彈丸密集度，從而極大地提升命中目標的概率。同時利用馬赫波碰撞效應有效提升戰(zhàn)斗部EFP彈丸速度，提高毀傷能力。

4 結論

對直線多點同步起爆周向MEFP戰(zhàn)斗部技術進行了研究。研究結果表明:

1)采用多點同步起爆時，在炸藥起爆后，爆轟波在對稱線處匯聚碰撞，當碰撞角度達到一定值時，發(fā)生馬赫反射，使爆轟壓力成倍增加，形成高壓、高能量密度區(qū)域，可以明顯提高彈丸飛行速度和調(diào)整控制波形，降低彈丸飛散角，增加毀傷元密度，從而明顯提高EFP的毀傷能力和毀傷效能。

2)沿彈的中心位置設置直線多點同步起爆裝置，可實現(xiàn)用一個引信同步起爆多層周向MEFP戰(zhàn)斗部。

3)通過試驗測得各起爆點實際起爆中心位置，保證MEFP起爆性能；通過控制導爆索的爆速誤差，提高各起爆點的同步起爆性能，同步起爆起爆時間偏差小于1.9 μs。

4)采用(n+1)個起爆點徑向起爆n層MEFP戰(zhàn)斗部，可利用爆轟疊加效應有效增強EFP威力，同時可控制MEFP飛散帶寬，提高彈藥對目標的命中概率，顯著提升彈藥作戰(zhàn)效能。