140mm反鋼筋混凝土聚能戰斗部結構威力設計

張國祥++姜棟棟

摘 要：在常規武器系統設計中，聚能裝藥戰斗部占據了越來越重要的位置，各種結構形式的裝藥得到了廣泛的應用，有用于穿深防護反應裝甲鋼板的聚能射流，也有用于穿深鋼筋混凝土的聚能射流，這里主要研究穿深鋼筋混凝土的聚能金屬射流，并有足夠的后效威力毀傷靶后的人員和裝備，并具有最大開坑半徑。

本文就聚能裝藥前級戰斗部的藥型罩形狀、結構尺寸、材料選擇及裝藥進行設計，使之形成的射流平穩，能夠有效穿透C35鋼筋混凝土1000mm并具有最大的開坑半徑。

關鍵詞：前級聚能戰斗部；聚能裝藥；射流侵徹；C35鋼筋混凝土

中圖分類號： TJ12.5 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）20-59-2

1 聚能戰斗部研究現狀

自上個世紀90年代以來，以美國為主要作戰國的歷次局部戰爭和軍事打擊行動中，鉆地彈都為其實現軍事目的乃至戰爭的勝利發揮了巨大的作用。美國裝備了大量鉆地彈，但主要都以動能型侵徹戰斗部為主，依靠彈體飛行動能侵徹到掩體內部后，引爆彈內的高能炸藥，毀傷目標。

針對動能型侵徹戰斗部的缺點，20世紀80年初美國LLNL實驗室開發了兩級串聯侵徹戰斗部。串聯侵徹戰斗部由前級聚能裝藥、后級動能侵徹體、引信和殼體等組成。后級動能侵徹體內裝有高能量、低敏感度炸藥。引信在最佳炸高點起爆前級聚能裝藥，依靠聚能裝藥所形成的高速粗大射流對鋼筋混凝土目標進行有效的侵徹，后級動能侵徹體靠動能沿著前級開出的孔洞繼續侵徹，經一定的延時后引爆后級裝藥，毀傷目標。

2 聚能戰斗部簡介

聚能裝藥又稱成型裝藥或空心裝藥，裝藥的一端帶有金屬凹槽，即藥型罩。在另一端起爆后，產生高溫、高壓爆轟產物迅速壓垮金屬藥型罩，使其以高速在軸線上碰撞，形成能量密度更高的金屬射流，從而實現對靶體的侵徹。

3 影響射流侵徹的因素

3.1 炸藥

3.1.1 爆壓

炸藥的爆壓是影響侵徹威力的最主要因素，而爆壓由爆速和密度決定，不同炸藥的成型裝藥侵徹深度不同，試驗使用同樣的藥型罩及靶板，只改變炸藥種類。由爆炸動力學可知爆壓與炸藥密度和爆速存在以下關系：炸藥爆壓與侵徹深度存在線性關系，即爆壓越高侵徹深度也越大。

3.1.2 炸藥尺寸

在選用炸藥時，首先應選用爆轟壓力高，密度和爆熱大的炸藥。此外，用于破甲彈的炸藥還應具有低的機械感度、良好的強度和高的臨界應力以保證發射安全，同時還應有良好的成型性和熱安定性。

帶隔板的成型裝藥由主、副藥柱組成；不帶隔板的裝藥僅有主藥柱。不帶隔板的裝藥從罩頂到裝藥頂部一般取25～35mm。

3.2 隔板

采用隔板的目的是改變爆轟波形，使炸藥的能量較充分地作用在藥型罩上，提高作用在藥型罩上的爆壓。

隔板材料要求聲阻低、隔爆性能好、與炸藥相容性好、有一定的強度，而且密度小，常用的有膠布塑料、泡沫塑料等。除了使用塑料等惰性材料外，還可以使用低爆速的炸藥等活性塑料來制作隔板。

3.3 藥型罩

藥型罩應選用熔點高、聲速高、密度大和動態塑性好的材料制造。

3.4 殼體

殼體能減小稀疏波作用，提高殼體的強度有利于提高炸藥的能量利用率。另外，殼體還能起殺傷作用。

4 前級聚能戰斗部結構設計

4.1 藥型罩材料的選擇

對侵徹C35鋼筋混凝土的前級聚能戰斗部結構進行設計，使之有效穿深1000mm鋼筋混凝土，并達到最大穿孔半徑。首先對藥型罩的材料及結構進行設計。藥型罩在爆炸載荷作用下，由于受擠壓而形成金屬射流。其材料的性質應為高密度，高塑性，高音速，強度應適當，熔點不能過低。高塑性是為了保證形成連續的射流、射流不因流動變形而過早的拉斷；對熔點的要求是為了不致在形成射流及高速運動過程中使材料汽化；而高音速是射流形成的力學條件所決定的。經大量實驗證明，理想的藥型罩材料是銅。這里選用紫銅作為藥型罩的材料。紫銅的音速C=4760～5000m/s。

4.2 炸藥的選擇及藥型罩結構設計

對于前級聚能戰斗部的設計，有三種方案構思，通過三種方案對比選取最佳方案作為本次設計結果。

方案一

本文選用聚奧-8炸藥，密度為1.83g/cm-3，爆速為8900m/s，計算可得此炸藥的爆壓為36GPa。與其他炸藥綜合比較，其性能優越于HMX/TNT。

本文針對C35鋼筋混凝土目標，藥型罩的結構設計為雙錐罩，材料為紫銅，密度為8.9㎏/㎝3，兩錐角藥型罩的母線等長同為83mm，罩錐角為30°～60°。藥型罩直徑為136mm，藥型罩采取等壁厚，壁厚為？啄=2.6mm，質量m=0.566㎏，采用無隔板結構，主裝藥為聚奧-8，密度為1.83g/cm3，裝藥質量為3.49kg。殼體厚度為2mm，材料為45號鋼。裝藥前端采用尖端中心引爆方式。裝藥直徑136mm，主裝藥高度201mm，炸高為500mm。

4.3 聚能戰斗部威力計算

本文利用射流穿深鋼板的等效模型來計算射流穿深鋼筋混凝土。

戰斗部的威力由穿深經驗公式計算如下：

5 試驗結果

通過三種前級聚能戰斗部的方案設計對比分析可以看出，三種方案都能夠很容易達到設計要求，但是侵徹孔徑不同，第一種方案采用30°～60°錐角等壁厚，能夠達到穿深要求，但是侵徹孔徑較小且浪費大量炸藥。方案二采用60°～90°錐角等壁厚，也能夠達到侵徹深度的要求，方案三藥型罩的設計采用30°～60°錐角變壁厚，其在侵徹深度的計算結果可以看出，比第一種方案侵徹深度相差不大。但是由于是變壁厚，在加工生產過程中比較困難，所以從加工工藝及經濟性能綜合考慮，本次課程設計采用第二種方案。在滿足穿深C35鋼筋混凝土目標同時具有較大的穿深孔徑，基本能夠保證后級隨進彈的順利隨進。

6 140口徑聚能戰斗部打靶試驗結果

參 考 文 獻

[1] 蔡漢文.反跑道航空炸彈研究技術[R].北京理工大學，1996.02.

[2] 陳智剛，趙太勇，侯秀成.爆炸及其終點效應[M].北京工業出版社，2004.04.

[3] 趙文宣.彈丸設計理論[M].北京工業學院出版社，1988.06.

[4] 王輝.聚能裝藥侵徹混凝土介質效應研究[D].北京理工大學，1997.