精密破甲戰(zhàn)斗部實(shí)踐研究

尹　剛

（安徽方圓機(jī)電股份有限公司，安徽 蚌埠233010）

0　引言

目前國外導(dǎo)彈破甲戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)均采用了精密破甲戰(zhàn)斗部技術(shù)，新材料、新工藝及新型裝藥結(jié)構(gòu)研究已非常普及，工程破甲能力已達(dá)到10倍口徑穿深水平[1]。精密破甲戰(zhàn)斗部技術(shù)研究可以有效的在有限的裝藥空間內(nèi)提升戰(zhàn)斗部威力，是未來破甲戰(zhàn)斗部的發(fā)展方向。通過對藥型罩及精密成型裝藥等方面進(jìn)行材料合理選擇及優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)材料利用最大、經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)、廢品率最低的效果。

1　藥型罩

精密藥型罩要求嚴(yán)格控制加工精度，尤其是晶粒度、同軸度、壁厚差和表面光潔度等對破甲性能影響較大的因素。

1.1　藥型罩材料

藥型罩材料的性能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)直徑影響射流的品質(zhì)，如高密度、高純度、均勻細(xì)晶粒和適中硬度等物理性能，可以提高延伸率。延緩斷裂時(shí)間，從而得到性能優(yōu)良的長射流，提高聚能裝藥在大炸高下的侵徹能力和抗干擾能力。

根據(jù)密度定律：

式中，P 為侵徹深度；ρj為射流密度；ρt為靶體密度；L為射流長度。

作為藥型罩材料的鉭和鉬的性能最好，但經(jīng)濟(jì)性較差。因此，選擇性價(jià)比較好的銅，銅的密度大、塑性好、聲速較高，因此在聚能裝藥的作用下內(nèi)能增加很小、能量的絕大部分表現(xiàn)為動(dòng)能形式，使能量更為集中，避免了高壓膨脹引起的數(shù)量分散，故形成的射流連續(xù)性、穩(wěn)定性均較好，破甲效果也好。在此選擇紫銅作為制作藥型罩的材料。

1.2　藥型罩形狀

破甲彈上使用的藥型罩有單錐形、雙錐形、喇叭形等。母線的長度決定了射流的初始長度，在口徑相同的條件下，喇叭形及雙錐形的母線最長，單錐形次之；喇叭形及雙錐形的頭部射流速度最大，其次是單錐；喇叭形的速度梯度最大，射流頭尾部的速度差增加，增大了射流的速度梯度，因此最佳藥型罩形狀是喇叭形，但喇叭形及雙錐形口徑超過φ95 mm后，加工及壓藥工藝存在較大的問題，破甲穩(wěn)定性較差；而單錐藥型罩各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)比較成熟穩(wěn)定，口徑大小均可，因此選擇單錐藥型罩。

2　精密裝藥

破甲戰(zhàn)斗部一般都采用以HMX為主的高能混合炸藥，其爆轟驅(qū)動(dòng)能力可以使射流速度加速到臨近極限，增加射流質(zhì)量并延緩斷裂時(shí)間，提高侵徹性能。為了發(fā)揮高威力炸藥的潛能，改善裝藥質(zhì)量，筆者在此主要對精密壓裝技術(shù)進(jìn)行討論。

2.1　裝藥選擇

用于破甲彈的裝藥應(yīng)該具有較好的強(qiáng)度和低的機(jī)械敏感度、高的臨界應(yīng)力，為了保證安全性，還應(yīng)有良好的熱安定性和成型性。見表1.

表1　各炸藥材料參數(shù)

由表中參數(shù)可知，奧克托今和聚奧-8性能優(yōu)越，但成本昂貴。8701由95%RDX及3%DNT混合制成，通過爆速公式計(jì)算，8701炸藥也符合高能炸藥要求，且價(jià)格低廉，所以裝藥選擇8701.

2.2　裝藥設(shè)計(jì)

藥柱高度H主要是根據(jù)有效裝藥選取，對無隔板裝藥結(jié)構(gòu)來說H=2h，對有隔板的裝藥結(jié)構(gòu)來說，H一般低于1.5D.根據(jù)炸藥理論分析h應(yīng)大于0.5D.h過大隔板無法起到應(yīng)有的作用，h過小則造成破甲穩(wěn)定性不好或使得破甲深度減小。筆者設(shè)計(jì)精密裝藥時(shí)，H取1.35D，輔藥量視裝藥長度取主藥柱的10%～15%.

2.3　裝藥成型

常用的裝藥成型方法有注裝、壓裝、螺旋裝藥等。由于壓裝藥柱的藥型罩與藥柱同軸度匹配最佳，因此選用壓裝法。影響炸藥裝藥密度均勻性的主要因素有炸藥的晶型、造型粉的流散性及粘結(jié)劑性能，壓藥時(shí)的壓力、溫度、裝藥方式、加載方式和速度、保壓時(shí)間以及模具等[2]。為保證壓藥密度和壓藥均勻性，筆者采用的壓藥方法是雙向定位壓制，通過控制藥柱成型過程的受力狀態(tài)，改善炸藥顆粒的流動(dòng)及蠕變性能，使內(nèi)應(yīng)力趨于平衡，從而得到均勻而致密的藥柱。雙向壓制裝藥密度比單向壓制可提高10%左右，接近炸藥理論密度的98.5%，密度差可控制在±0.005 g/cm3，藥柱均勻性更好，炸藥的能量利用率估算提高3%～5%.從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看破甲水平提高了10%左右，且穩(wěn)定性增加。

2.4　隔板的選擇

采用隔板的目的是改變爆轟波形，使炸藥的能量能充分的作用在藥型罩上，提高作用在藥型罩上的爆壓。有隔板的裝藥結(jié)構(gòu)與無隔板的裝藥結(jié)構(gòu)比較，射流的頭部速度提高25%左右，破甲深度可提高15%～30%.

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(qiáng)度，而且密度小。常用的隔板材料有夾布膠木、厚紙板、發(fā)泡塑料等惰性材料，還可使用低爆速的炸藥等活性材料來制作隔板。隔板材料的選用原則是：既要考慮其隔爆性能也要考慮其強(qiáng)度及生產(chǎn)工藝性。厚紙一般用于低爆速的裝藥中。在驗(yàn)證中，筆者選擇夾布膠木為隔板材料，主要是加工方便，尺寸變化小，對爆轟波影響小。

小結(jié)：選擇雙向壓制8701炸藥為主裝藥，結(jié)構(gòu)采用輔藥加隔板調(diào)整起爆裝藥模式。

3　算例及分析

應(yīng)用非線性動(dòng)力學(xué)軟件AUTODYN進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，采用Euler算法，該算法可以很好地解決大應(yīng)變、高應(yīng)變率的問題。網(wǎng)格模型為二維軸對稱模型，設(shè)置無反射邊界條件，使所有物質(zhì)在邊界處無障礙流出。對采用精密戰(zhàn)斗部及普通戰(zhàn)斗部兩種狀態(tài)進(jìn)行仿真計(jì)算，裝藥口徑均為120 mm，精密戰(zhàn)斗部裝藥密度為1.72 g/cm3，普通戰(zhàn)斗部無隔板，并且裝藥密度為1.71 g/cm3.在此僅建立精密戰(zhàn)斗部模型，隨后將隔板部分用8701替換，更改8701密度即可進(jìn)行對比試驗(yàn)[3]。

3.1　計(jì)算模型

如圖1所示，計(jì)算模型由炸藥、藥型罩、空氣、調(diào)整器、隔板5種材料組成，采用二維軸對稱結(jié)構(gòu)。采用JH-2裝藥，裝藥口徑為130 mm；藥型罩材料為紫銅，壁厚2 mm.

圖1　有限元模型

3.2　結(jié)果分析

由圖2可知，在同一時(shí)刻，精密破甲戰(zhàn)斗部射流尺寸較普通破甲戰(zhàn)斗部射流尺寸長，其杵體最大直徑也較普通破甲戰(zhàn)斗部形成杵體直徑大，及穿透目標(biāo)孔徑大，威力有明顯提升。

（續(xù)下圖）

（接上圖）

圖2　100μs時(shí)兩種戰(zhàn)斗部射流尺寸

4　試驗(yàn)驗(yàn)證情況

見圖3和表2，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，精密破甲戰(zhàn)斗部穿深效果明顯優(yōu)于普通破甲戰(zhàn)斗部，且破甲效果較穩(wěn)定。

圖3　試驗(yàn)驗(yàn)證

表2　兩種戰(zhàn)斗部靜爆試驗(yàn)結(jié)果

5　結(jié)束語

精密戰(zhàn)斗部的研究，對提高戰(zhàn)斗部的整體毀傷效能有很大的幫助，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文對藥型罩形狀、材料及加工工藝進(jìn)行了論述，同時(shí)對裝藥、壓制工藝及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了總結(jié)，最后對其進(jìn)行仿真及試驗(yàn)驗(yàn)證，得到一種可達(dá)9.5倍口徑左右破甲戰(zhàn)斗部裝藥。