固态一次起爆FAE水中爆炸性能研究

万文乾，孙百连，史俊超，唐平江

（总装工程兵科研一所，江苏 无锡，214035）

FAE是一种新的爆炸能源，在近几十年得到了迅速发展，目前已发展到第三代FAE。与两次起爆型FAE相比，一次起爆型FAE的根本变革是将二次起爆系统改为一次起爆系统，在燃料被迅速抛撒形成云雾的同时诱发云雾的爆轰，这样可大大简化武器的结构，降低成本，提高起爆的可靠性和武器的效能[1-3]。

对于一次起爆型 FAE，研究较多的是以环氧丙烷、乙醚硝酸异丙酯等典型液态组分的液态FAE，近几年来以铝粉、镁粉或铝镁合金粉等固态组分的固态FAE发展较快。固态一次起爆FAE具有适用范围广、易压成型、稳定、威力高等优点，越来越受到研究人员的关注［4-11］。

固态一次起爆 FAE的爆炸性能研究主要集中在空气中，由于固态一次起爆 FAE中铝粉含量较多，水中爆炸时可以增加 FAE的正压作用时间和冲量，更有利于对水中目标的破坏。本文利用试验研究了固态一次起爆 FAE水中冲击波的传播规律以及对圆柱钢壳的破坏情况，并与其它水中炸药进行对比。

1 试验对象和条件

1.1 试验对象

1.1.1 试验用战斗部

试验用的装药均采用圆柱体结构，口径60mm。壳体采用1mm厚的灰塑料，顶部用厚3mm的钢板通过螺纹固定，并用密封胶密封做防水处理。钢板中间安装雷管和传爆药。

图1 试验用战斗部示意图Fig.1 Schematic of tested warhead

1.1.2 炸药

本次试验共采用200g共4个种类的炸药，分别为钝化黑索今（RDX）、钝黑铝（DHL）、海萨尔（HSL）和燃料空气炸药（FAE）。钝黑铝（DHL）为w钝化黑索今∶w铝粉=80∶20；海萨尔（HSL）为w钝化黑索今∶w铝粉∶w钨＝76∶20∶4；固态一次起爆FAE：w钝化黑索今∶w铝粉∶w氯丁橡胶＝65∶30∶5。

1.1.3 薄壁圆筒

试验用薄壁圆柱壳材料采用45号钢，具体尺寸为：外径230mm，高750mm，壁厚2.5mm。薄壁圆柱壳为密封结构，两端面均用相同材料、相同壁厚的钢板焊接封闭并做防水处理。

图2 试验用薄壁圆柱筒Fig.2 Thin shell cylinder used in test

1.2 试验条件

本次试验在水中进行，需满足：（1）水质良好、清澈，水面无漂浮物和悬浮物；（2）试验场地水深大于 3m；（3）场地范围不小于 200m2，以克服边界效应。

2 试验结果与分析

2.1 水中冲击波传播规律

2.1.1 水中冲击波压力曲线

图3为测量到的4种炸药的水中冲击波压力曲线，测点距爆心1.5m。从图3中可以看出，钝化黑索今的超压峰值最高，FAE超压最低；除钝化黑索今外，其它3种炸药均测量到气泡脉动产生的二次压力波。

图4为放大的气泡脉动产生的压力曲线。图4中可以看出，海萨尔和钝黑铝两种炸药的气泡脉动的压力相差不大。FAE气泡脉动的压力峰值最高，达到3.08MPa。

图3 测量的典型的水中冲击波压力曲线Fig.3 Overpressure curve of blast wave in water

图4 气泡脉动的压力曲线Fig.4 Pressure curve formed by bubble

2.1.2 水中冲击波超压峰值

4种炸药浅水爆炸冲击波压力峰值随距离的变化情况如图5所示。

图5 不同炸药种类冲击波超压随距离的变化Fig.5 Overpressure of blast wave vs distance curve for different kinds of explosive

从图5可以看出，除FAE外，其它3种炸药的压力峰值相差不大，约10%左右。表明RDX基炸药中掺入铝粉含量低于20%时，对炸药在水中爆炸时产生的冲击波压力峰值的影响并不大。FAE炸药由于含铝粉较多（30%），对水中冲击波的压力峰值有一定影响，压力峰值下降20%左右。

2.1.3 水中冲击波正压作用时间

4种炸药浅水爆炸冲击波正压作用时间随距离的变化情况见图6。从图6中可以看出，炸药中掺入铝粉后明显增加爆炸冲击波的正压作用时间。铝粉含量越大，正压时间越长。海萨尔炸药虽然含铝粉，但由于钨的燃烧需要大量的热能来激发，因此正压作用时间反而较小。

2.1.4 水中冲击波冲量

4种炸药浅水爆炸冲击波比冲量随距离的变化情况见图7。图7中，距离1m处比冲量最大的是FAE炸药。虽然此处压力峰值最小，但正压作用时间长，比冲量最大。随着距离的增加，FAE由于冲击波压力峰值较小，比冲量下降较快。海萨尔炸药中钨的燃烧热较大，比冲量下降较钝黑铝慢。钝化黑索今比冲量最小

图7 不同炸药种类比冲量随距离的变化Fig.7 Impulse vs distance curve for different kinds of explosive

2.2 对薄壁圆柱壳体的破坏

图8为壳体距装药中心0.5m时的破坏情况。从图8中可以看出，200g炸药在0.5m的范围内对薄壁圆筒的破坏是比较严重的。破坏最严重的为FAE，其次是钝黑铝炸药，海萨尔相对破坏最轻。

图8 壳体距装药中心0.5m时的破坏情况Fig.8 Damage of cylinder apart from explosive for 0.5m

图9为壳体距装药中心1m时的破坏情况。从图中可以看出，距离装药中心1m时，200g的钝黑铝和钝化黑索今装药只能对壳体造成轻微的破坏，仅距离炸药最近的壳体中心位置向内凹陷，而燃料空气炸药对圆柱壳体的破坏最严重，其次为钝黑铝炸药，钝化黑索今破坏程度最轻。

图9 壳体距装药中心1m时的破坏情况Fig.9 Damage of cylinder apart from explosive for 1m

3 结论

通过对固态一次起爆 FAE水中爆炸冲击波的测试和对薄壁圆柱壳体的破坏，并与其它常用炸药进行了对比，得出：

（1）固态一次起爆FAE水中爆炸时，峰值超压较钝化黑索今下降约20%。但由于其铝粉含量较高，增加了水中冲击波的正压作用时间和比冲量。20倍装药口径范围内，FAE的比冲量最大。

（2）固态一次起爆FAE水中爆炸时，气泡收缩产生的二次压力峰值为3MPa左右，比冲量5.5×102（N·s）/m2。二次压力峰值和比冲量大约为爆炸冲击波的10%左右，高于其它常用炸药。

（3）薄壁圆柱壳体距炸药中心0.5m和1m时，固态一次起爆FAE对它的破坏都是最严重的。

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