水雷炸藥現狀分析及發展方向的思考*

徐先勇 李志華

(海軍蚌埠士官學校 蚌埠 233012)

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水雷炸藥現狀分析及發展方向的思考*

徐先勇 李志華

(海軍蚌埠士官學校 蚌埠 233012)

水雷裝藥是水雷重要的戰術技術指標。介紹了國內外水雷裝填炸藥發展現狀,重點分析了海薩爾炸藥與高聚物粘結炸藥(PBX)的主要性能及特點,并與現役水雷裝填炸藥參數進行對比,分析了水雷主裝藥的發展趨勢。最后對水雷主裝藥發展提出思考和建議。

水雷; 裝藥; 高聚物粘接炸藥; 戰斗部

Class Number TM911.1

1 引言

水雷是一種破壞威力強大、戰果顯著的水中兵器。水雷的破壞威力或破壞半徑取決于戰斗部主裝藥的性能,炸藥及其裝藥技術是戰斗部核心技術之一,是戰斗部實現高效毀傷的重要因素。裝藥量的大小是衡量水雷戰技指標的一個重要參數。隨著現代艦船的不斷發展,其攻擊能力和防護能力都在提高,對水雷主裝藥的威力提出了更高的要求。

2 水雷主裝藥的基本要求

水雷對目標的破壞作用分接觸爆炸和非接觸爆炸作用。接觸爆炸如過去前蘇聯的帶觸角的錨雷和漂雷,它主要利用炸藥爆炸的沖擊波超壓直接對目標形成破壞作,非接觸爆炸分近距離非接觸爆炸和遠距離接觸爆炸,近距離非接觸爆炸型水雷大都為錨雷、上浮雷等特種水雷,它們主要利用炸藥爆炸的沖擊波超壓及氣泡脈動對目標形成破壞作用;而沉底水雷大都屬于遠距離非接觸爆炸型水雷,它主要利用炸藥爆炸氣泡脈動及沖擊波超壓對目標形成破壞作用。

新型水雷大都為非接觸爆炸型,評價其水下爆炸威力的兩個重要能量參數是沖擊波能和氣泡能,要提高綜合能量,主要從炸藥的爆速、爆熱、爆壓三個方面予以考慮。適當的爆速,可以減小沖擊波的水中衰減,從而能在較遠距離處仍能保持較高的超壓和沖量,提高炸藥的能量利用率:適當的爆熱,表明炸藥爆炸潛能(二次反應)突出,可以有更多的能量釋放出來做功,有利于提高水下爆炸威力;適當的爆壓可以產生對目標較高的沖擊破壞。根據水雷炸藥毀傷機理及水雷勤務管理,水雷主裝藥必須符合以下原則[1～2]:

1) 水雷戰斗部主裝藥的能量設計應考慮水雷不同的作戰使命和對目標不同的破壞作用。不同的能量分配和不同的能量作用對目標的破壞作用是不同的,如近距離非接觸爆炸,就應該選以沖擊波能為主、氣泡能和水流為輔的能量輸出結構的炸藥;遠距離非接觸爆炸,就應該選用以沖擊波能、氣泡能為主和水流為輔的能量輸出結構的炸藥。

2) 炸藥要有良好的安定性且性能穩定。炸藥一旦裝填于水雷殼體中,由于其貯存壽命要求長(大于20年以上),如果炸藥安定性不好,造成水雷戰斗部的報廢,這是極其危險的危險源,且處理也是十分危險和困難的。

3) 必須保證水雷所需的破壞威力,炸藥水下爆炸時,要有較高的沖擊波能和氣泡能(即綜合能量),以形成對目標的初始破壞,增強后續爆炸能量的破壞效果。

4) 裝藥的工藝性要好。主要包括裝藥工藝要安全、穩定、方便操作,炸藥應當易于融化且不因加熱而分解。

5) 炸藥的原料要求來源豐富,生產簡便安全,成本低廉,適于大量生產。

3 水雷主裝藥的發展現狀

水雷主裝藥的發展經歷了黑色火藥、黃色炸藥到高能炸藥的過程。水雷戰斗部主裝藥國外發展比較有代表性的國家是前蘇聯和美國,蘇聯的發展模式是在水雷中裝填TNT、MT、MC、TГ系列、TГAГ-5等炸藥;美國的發展模式是就水下爆炸對目標的破壞機理方面作了很深入的理論和應用研究,高爆熱的含鋁混合炸藥,并且特別注重水下爆炸對目標破壞時的能量分配,選擇那些能量輸出結構合理、水下爆炸綜合能量較高、裝藥工藝性好、安全穩定的含鋁混合炸藥。在魚雷、水雷、深水炸彈等中裝填Torpex、H-6、HBX系列、PBXN系列炸藥,目前美國水中兵器中已裝填了PBXN-115、PBXW-16的含鋁混合炸藥。裝藥也經過了從敏感到不敏感、到鈍化方向的發展過程。如新型水雷為了提高抗爆炸能力,不被投放距水雷較遠的滅雷炸藥誘爆,而采用低易損性炸藥[3]。

我國對水下爆炸的理論研究和應用研究相對落后,過去水中兵器裝填炸藥長期沿用蘇聯模式的TNT、TГ系列炸藥,以注裝藥工藝為主。20世紀70年代中期研制成功了由梯恩梯、黑索今、鋁粉和鈍感劑等組成的RS211炸藥,幾十年來幾乎成了水中兵器戰斗部的唯一一種裝藥,并先后裝填于多種型號水雷戰斗部中,較大地提高了水雷的爆炸威力,為海軍裝備建設做出了較大的貢獻。后續又在RS211炸藥的基礎上,研制了其改進型RS3-4炸藥,水中爆炸綜合能量和工藝性能都比RS211炸藥有明顯提高,其水下爆炸總能量為184%TNT當量,比RS211炸藥提高了23%,RS3-4炸藥水下爆炸的總能量中,氣泡能比RS211提高了37%,氣泡能在總能量中的比例達到了77.7%,比RS211高出7.8個百分點,裝藥工藝也改為熱塑態裝藥。90年代末,我國火炸藥專業研究單位、裝藥生產單位、院校開始研究水中爆炸現象和新一代水下軍用炸藥,海軍相關部門也組織力量開展水中爆炸規律與高效毀傷機理殲究,經過多年努力,在理論和實踐應用方面都取得了較大進展。PBX高分子粘結炸藥、海薩爾等炸藥相繼通過技術鑒定,其水中爆炸威力、裝藥安全性進一步提高,裝藥工藝也以真空振動復合澆鑄和壓裝為主。

3.1 海薩爾炸藥

海薩爾炸藥是一種性能優良的新型含鋁高威力的炸藥。該炸藥在我國已成功地應用于高炮榴彈、水中破障彈及炸飛機跑道炮等產品的裝藥,并且已出口國外。受到國內外用戶的歡迎,是一種技術成熟、性能優良的炸藥[4]。

海薩爾具有比較優異的技術性能,主要表現在[5]:

海薩爾炸藥的爆熱、爆速高,威力、相對猛度大。

海薩爾炸藥的機械感度低,使水中兵器平時運輸、貯存、操作維護保養的安全性大大提高。

海薩爾炸藥的安定性好,可使裝填海薩爾炸藥的水中兵器的貯存期大大延長,貯存期可達50年以上,具有優異的貯存性能。

海薩爾炸藥的起爆感度好。由于海薩爾炸藥采用壓裝工藝裝藥,可用8號雷管直接起爆。采用海薩爾裝藥的水中兵器,現有的起爆、傳爆系統不需要改變,現有的聚能起爆裝置不需要變化。

海薩爾炸藥的裝藥密度大,在相同的容積內,裝填海薩爾可以比裝填RS211多,因此在相同的容積裝藥的情況下,裝填海薩爾炸藥水中兵器的爆炸威力將是裝填RS211炸藥水中兵器爆炸威力的約2倍,大大提高了水中兵器的爆炸威力和對敵艦船的打擊效果。

目前,海薩爾炸藥主要裝填于炮彈上,在水中兵器上的并未得到實際應用。

3.2 PBX炸藥

PBX炸藥是高聚物粘結炸藥(Polymer Bonded Explosive)的簡稱,它是以高能猛炸藥為主體,加入膠粘劑、增塑劑、鈍感劑等物質而成的一種高能混合炸藥。PBX炸藥具有較高的能量密度,較低的機械感度,良好的安定性、力學性能和工藝性能,處理安全可靠,并能按使用要求制成具有特種功能的炸藥。PBX炸藥種類繁雜,按裝藥工藝可分為:壓裝、鑄裝和塑態裝藥等;按物理狀態可分為造型粉、塑性炸藥、澆鑄高聚物粘結炸藥、泡沫炸藥等。PBX炸藥廣泛應用在反坦克導彈、水雷、魚雷、激光制導航空炸彈和核戰斗部起爆裝置等。

目前用做戰斗部主裝藥PBX炸藥主要有兩類:一類是JO-X為代表的高能炸藥,它以HMX為主體,HMX含量達95%左右,其余為粘接劑、鈍感劑、潤滑劑等,其爆速可達8700m/s,裝藥工藝以壓裝為主,該類炸藥主要應用在我國反坦克導彈、激光制導炸彈等精確制導武器系統;另一類是GUHL-1為代表的高能炸藥,它以RDX為主體,RDX含量約為20%,其余為粘接劑、球形鋁粉、高氯酸銨、固化劑等,其爆速為5400m/s,爆熱高達8200kJ/kg以上,它采用真空振動復合澆鑄裝藥工藝,該類炸藥主要應用在我國水中兵器、大型鉆地攻堅等武器系統。

GUHL-1型PBX炸藥作為國內一種新研制的高能炸藥,它具有水中爆炸威力大、裝藥質量及工藝性能好、安全性高等特點,比較適宜作為水中兵器戰斗部主裝藥[6～7]。

PBX炸藥裝藥采用捏合、真空振動注藥、熱固化成型工藝。該工藝是通過將高能炸藥與高分子材料捏合形成高分子粘接炸藥,注入彈體藥腔,經熱固化形成藥件的一種裝藥工藝方法。該工藝還具有自動化程度高,勞動強度低等特點,適于批量生產。

由于PBX炸藥組分加入了高熱值的金屬鋁粉,大大提高混合炸藥的爆熱,同時真空振動裝藥工藝又提高了其裝填密度,經對比試驗,其水中爆炸綜合威力可達2.0倍以上TNT當量,與梯黑、梯黑鋁等炸藥相比,其威力得到明顯的提高。

PBX炸藥由于混合過程中加入了適量的高分子粘接劑,這類炸藥成型后成為彈性的固體,能將外部刺激的能量分散于炸藥裝藥的較大體積之中,從而減少局部發熱,降低感度。其機械感度、熱感度等均明顯低于普通高能混合炸藥,這類炸藥在燃燒、槍擊、破片撞擊、爆炸等環境中不易產生殉爆,更保證了使用安全。由于其穩定性、安定性好,使用、貯存過程中基本免予維護,勤務系數低,從而降低了使用成本。TNT炸藥、RS211、RS3-4、海薩爾及GUHL-1型PBX高分子粘結炸藥有關性能參數比較如表1所示[8～9]。

表1 五型裝藥性能參數比較

復合澆鑄PBX炸藥及裝藥技術的研制成功,填補了國內水中兵器裝填PBX高分子粘接炸藥的空白,作為一種具有廣泛應用前途的高能、低易損炸藥,其作為戰斗部主裝藥已成功應用在新型水中兵器裝備,PBX炸藥裝填密度、裝藥內部質量、工藝穩定性,裝藥安全性、裝藥連續化和自動化等方面都得到很好檢驗和驗證,滿足武器系統使用要求。

復合澆鑄PBX炸藥及裝藥也存在一些問題和不足,主要表現在:雷體裝藥熱固化時間偏長,同時需要多套恒溫設備,消耗大量的能源,且生產效率較低:裝藥過程中殘留的炸藥或藥柱無法返修再利用,只能進行銷毀處理,造成物料的浪費等;另外在炸藥與雷體內壁結合力、炸藥在高低溫環境下適應性、抗高發射過載、常溫快速固化和如何實現精密裝藥等技方面還有待進一步摸索和完善。

4 水雷主裝藥的發展趨勢

根據新型水雷的作戰使命和對目標不同的毀傷作用,迫切需要那些水下爆炸綜合能量高,裝藥工藝性能好,安全穩定的含鋁混合炸藥來滿足不同水雷研制的要求。

1) 研制水下爆炸綜合能量高的炸藥

目前,世界各國雖然都在致力于高能量密度材料的合成工作,當前各國在應用以RDX、HMX為主體的混合炸藥的同時,也在不斷地改造原有TNT及RDX的混合炸藥,當前研究的熱點是CL-20、DNTF、TNAZ等高能量密度化合物在混合炸藥配方中的應用。雖然水雷主裝藥從RS211到PBXN炸藥,其水下綜合能量(TNT當量)己從1.6增加到2.0左右。根據有關文獻報道,國外已研制出TNT當量達到2.5甚至更高的新型炸藥,為此開展新型含能材料、水中使用的新型高能混合炸藥的研制是提高水雷作戰能力有效途徑之一。

2) 積極發展燃料空氣炸藥(FAE)

由于燃料空氣炸藥作用面積大,對目標的作用沖量大,對有生力量和軟目標具有很大的毀傷效應,所以引起了世界各國的普遍重視,各國發展燃料空氣炸藥的重點是高能化,用烴類燃料代替環氧乙烷,擴大沖擊波作用范圍。2007年俄羅斯研制成功“炸彈之父”,采用含高活性金屬材料的高能FAE炸藥,其爆炸威力接近6倍TNT當量。云爆戰斗部和相應配套技術的預先研究,是開展云爆水雷研制的基礎條件,這里包括水雷出水技術的研究、出水后導向技術、成像技術研究、云爆水雷引爆技術的研究等。云爆水雷出水后,經導向直接在艦船上方一定距離引爆,使艦船甲板上的官兵窒息而亡、設備損壞、戰機破損,艦船喪火戰斗力。

5 對水雷主裝藥發展的思考和建議

1) 開展水雷精確攻擊技術的研究

盡可能采用近距離接觸爆炸和接觸爆炸的形式實施對目標的破壞作用,這是充分發揮水雷主炸藥作用的有效途徑。要深入研究水雷新技術,主要包括開展復合裝藥結構、起爆控制技術與水下爆炸威力場關系的研究;同時開展水雷對目標的遠距離探測技術、識別技術和定位技術的研究,攻擊彈道控制技術研究,高性能的近炸引信技術研究,定向起爆和多點起爆技術的研究,將水雷戰斗部準確遣送到主裝藥有效破壞半徑以內,并盡可能接近目標可靠引爆,擊毀目標。

2) 優化水雷戰斗部總體設計

根據水雷不同的作戰使命,設計不同的戰斗部裝藥結構,充分發揮水雷主裝藥的破壞作用。如聚能裝藥、復合裝藥,可使水雷戰斗部在接近目標時爆炸,射流穿透艦船或射流穿透艦船后實施二次爆炸,深入艦船內部毀傷儀器設備及有生力量,增強毀傷效果。

水雷戰斗部主裝藥是水雷專業預先研究和型號研制中一個重要方面,其技術本身及配套技術所涉及的專業多、要求高,需要各相關部門相互配合,盡早在課題和型號中開展相應技術研究,為水雷發展做出更大的貢獻。

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Present and Prospect of Mine Charging

XU Xianyong LI Zhihua

(Beng Bu Navy Petty Officer Academy, Bengbu 233012)

The mine charging is the key component in the mine. This article introduces the status quo of domestic mine charging, analyzes the main performance and characteristics of the Hexal explosives and the PBX dynamite, and compares these parameters with those in active duty, analyzes the development trends of the mine charging. The advice is put forward in the end.

mine, charging, polymer bonded explosive, warhead

2015年4月8日,

2015年5月26日

徐先勇,男,碩士,講師,研究方向:水中兵器。李志華,男,博士,副教授,研究方向:水中兵器。

TM911.1

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.10.004