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 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 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，有效毀傷具有堅固防護結(jié)構(gòu)和抗爆炸沖擊能力強的艦艇，必須提高水中兵器戰(zhàn)斗部的破壞威力。針對現(xiàn)代艦艇雙層殼體和網(wǎng)格式密封艙的特點，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戰(zhàn)斗部相結(jié)合的方式兩次作用目標，極大地提高了它的作戰(zhàn)效能，并從理論上分析了實現(xiàn)該戰(zhàn)斗部的關(guān)鍵要素。

聚能爆轟；藥型罩；隨進戰(zhàn)斗部

隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代艦艇具有堅固的防護結(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度合金鋼、鎳合金或鈦合金等材料制造堅固耐壓的防護殼體，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，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、法等國海軍已研制出多級戰(zhàn)斗部，這類戰(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裝甲，并隨進一個或多個戰(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)將第二級戰(zhàn)斗部沖入艦艇內(nèi)部爆炸，造成目標致命毀傷。

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爆破，它利用聚能裝藥爆炸形成高速自鍛彈丸在艦艇防護裝甲上形成一個孔洞，并將第二級戰(zhàn)斗部沖入艦艇內(nèi)部爆炸。

該戰(zhàn)斗部的兩級結(jié)構(gòu)是將聚能裝藥置于后部，隨進戰(zhàn)斗部置于前部，并在戰(zhàn)斗部的中心留出空腔。這種設(shè)計既可以使聚能爆轟產(chǎn)生的彈丸順利通過隨進戰(zhàn)斗部，達到破甲的目的，又可以利用爆轟產(chǎn)生的能量，將隨進戰(zhàn)斗部沖壓進艦艇內(nèi)部。當然，還需在聚能裝藥和隨進戰(zhàn)斗部之間設(shè)置隔爆層[3]，防止爆轟能引爆隨進戰(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)斗部攻擊目標時，能夠利用的也只有一個方向上釋放的能量，其余方向上的能量無法得到有效利用。而采用了聚能爆轟技術(shù)的戰(zhàn)斗部，有時幾十千克藥量可以達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)來彌補一般爆炸威力的不足，把炸藥所釋放在各個方向的能量，會聚于攻擊目標的同一方向上，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，穿過水艙，在耐壓殼上開相當孔徑的孔洞，使?jié)撏нM水；同時當射流在耐壓殼體上擴孔，侵徹部位附近高達GPa級的壓力突然下降，造成急劇的軸向水流，這將繼續(xù)撕裂已穿孔的耐壓殼體，進而產(chǎn)生較強的沖量破壞后效。

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：一是炸藥性能。隨著海戰(zhàn)需求的發(fā)展，對炸藥能量的要求也越來越高，國外先進的水中兵器戰(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，其能量提升可以通過含能材料的成分和比例來控制[4]；同時，裝藥工藝和起爆方式的優(yōu)化設(shè)計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)斗部毀傷的目標都是抗爆能力較強的裝甲艦艇，為了使彈丸便于成形，并有較強的穿甲能力，藥型罩應(yīng)采用密度大、強度高、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；歐美國家已陸續(xù)開始采用這些材料來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，能利用空化效應(yīng)保持低阻運動，出水后又能突破裝甲的熔化與強度，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，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，而且他的長徑比通常較小，在這樣小的長徑比條件下，要想實現(xiàn)對目標的重創(chuàng)，藥型罩的外形結(jié)構(gòu)非常關(guān)鍵；國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)計主要依據(jù)理論計算，然后采用試驗驗證，用脈沖X光機捕捉自鍛彈丸的形成過程。關(guān)于自鍛彈丸的理論計算和對各種介質(zhì)的侵徹深度、破孔直徑的計算，已趨于成熟，有幾十種計算程序，如EPIC，DYNA22D，MEPH23D等。因此，可以根據(jù)目標特點設(shè)計符合要求的藥型罩，然后用試驗校核，予以改進。

2.2 隨進爆破

雖然單級聚能戰(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孔，但卻不能保證完全有效毀傷，還存在使其短時間內(nèi)修復(fù)的可能；如果在戰(zhàn)斗部破甲之后，隨進到艦艇內(nèi)部一個或多個小型戰(zhàn)斗部，那么這些戰(zhàn)斗部所帶來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)斗部所達不到的。

隨進爆破的關(guān)鍵就是戰(zhàn)斗部聚能裝藥在目標殼體上形成相當孔徑的開口，同時使隨進戰(zhàn)斗部獲得足夠的動能順利進入目標內(nèi)部起爆。復(fù)合式戰(zhàn)斗部的聚能裝藥完全能夠在目標殼體上形成相當孔徑的開口，上一節(jié)已作說明，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，作用在隨進戰(zhàn)斗部上的爆轟能，至少可以使其達到100m/s以上的速度，該速度足夠保證隨進戰(zhàn)斗部穿過已經(jīng)破洞的目標殼體。當然，為了避免聚能裝藥的爆轟能引爆隨進戰(zhàn)斗部，還須在兩級戰(zhàn)斗部之間設(shè)置隔爆層[3]；隔爆層的材料應(yīng)選擇高強度、大熔點的合金，采用環(huán)形斜錐結(jié)構(gòu)，并在隔爆層與隨進戰(zhàn)斗部之間設(shè)置一個空腔作為安全距離，其結(jié)構(gòu)可以參見圖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，還可以防止爆轟的瞬時高溫影響隨進戰(zhàn)斗部。

3 結(jié)束語

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

[1]茹呈瑤.現(xiàn)代魚水雷技術(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，2002（2），35-37.

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

[4]龔月珍.魚雷戰(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.破甲爆破隨進式戰(zhàn)斗部可行性論證報告[R].徐州:空軍后勤學(xué)院科研部，1999.

[6]王成，惲壽榕.同口徑爆破型串聯(lián)戰(zhàn)斗部的實驗研究[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報，2002，22（2），31-35.

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：機械電子工程。