140mm反钢筋混凝土聚能战斗部结构威力设计

张国祥++姜栋栋

摘 要：在常规武器系统设计中，聚能装药战斗部占据了越来越重要的位置，各种结构形式的装药得到了广泛的应用，有用于穿深防护反应装甲钢板的聚能射流，也有用于穿深钢筋混凝土的聚能射流，这里主要研究穿深钢筋混凝土的聚能金属射流，并有足够的后效威力毁伤靶后的人员和装备，并具有最大开坑半径。

本文就聚能装药前级战斗部的药型罩形状、结构尺寸、材料选择及装药进行设计，使之形成的射流平稳，能够有效穿透C35钢筋混凝土1000mm并具有最大的开坑半径。

关键词：前级聚能战斗部；聚能装药；射流侵彻；C35钢筋混凝土

中图分类号： TJ12.5 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-59-2

1 聚能战斗部研究现状

自上个世纪90年代以来，以美国为主要作战国的历次局部战争和军事打击行动中，钻地弹都为其实现军事目的乃至战争的胜利发挥了巨大的作用。美国装备了大量钻地弹，但主要都以动能型侵彻战斗部为主，依靠弹体飞行动能侵彻到掩体内部后，引爆弹内的高能炸药，毁伤目标。

针对动能型侵彻战斗部的缺点，20世纪80年初美国LLNL实验室开发了两级串联侵彻战斗部。串联侵彻战斗部由前级聚能装药、后级动能侵彻体、引信和壳体等组成。后级动能侵彻体内装有高能量、低敏感度炸药。引信在最佳炸高点起爆前级聚能装药，依靠聚能装药所形成的高速粗大射流对钢筋混凝土目标进行有效的侵彻，后级动能侵彻体靠动能沿着前级开出的孔洞继续侵彻，经一定的延时后引爆后级装药，毁伤目标。

2 聚能战斗部简介

聚能装药又称成型装药或空心装药，装药的一端带有金属凹槽，即药型罩。在另一端起爆后，产生高温、高压爆轰产物迅速压垮金属药型罩，使其以高速在轴线上碰撞，形成能量密度更高的金属射流，从而实现对靶体的侵彻。

3 影响射流侵彻的因素

3.1 炸药

3.1.1 爆压

炸药的爆压是影响侵彻威力的最主要因素，而爆压由爆速和密度决定，不同炸药的成型装药侵彻深度不同，试验使用同样的药型罩及靶板，只改变炸药种类。由爆炸动力学可知爆压与炸药密度和爆速存在以下关系：炸药爆压与侵彻深度存在线性关系，即爆压越高侵彻深度也越大。

3.1.2 炸药尺寸

在选用炸药时，首先应选用爆轰压力高，密度和爆热大的炸药。此外，用于破甲弹的炸药还应具有低的机械感度、良好的强度和高的临界应力以保证发射安全，同时还应有良好的成型性和热安定性。

带隔板的成型装药由主、副药柱组成；不带隔板的装药仅有主药柱。不带隔板的装药从罩顶到装药顶部一般取25～35mm。

3.2 隔板

采用隔板的目的是改变爆轰波形，使炸药的能量较充分地作用在药型罩上，提高作用在药型罩上的爆压。

隔板材料要求声阻低、隔爆性能好、与炸药相容性好、有一定的强度，而且密度小，常用的有胶布塑料、泡沫塑料等。除了使用塑料等惰性材料外，还可以使用低爆速的炸药等活性塑料来制作隔板。

3.3 药型罩

药型罩应选用熔点高、声速高、密度大和动态塑性好的材料制造。

3.4 壳体

壳体能减小稀疏波作用，提高壳体的强度有利于提高炸药的能量利用率。另外，壳体还能起杀伤作用。

4 前级聚能战斗部结构设计

4.1 药型罩材料的选择

对侵彻C35钢筋混凝土的前级聚能战斗部结构进行设计，使之有效穿深1000mm钢筋混凝土，并达到最大穿孔半径。首先对药型罩的材料及结构进行设计。药型罩在爆炸载荷作用下，由于受挤压而形成金属射流。其材料的性质应为高密度，高塑性，高音速，强度应适当，熔点不能过低。高塑性是为了保证形成连续的射流、射流不因流动变形而过早的拉断；对熔点的要求是为了不致在形成射流及高速运动过程中使材料汽化；而高音速是射流形成的力学条件所决定的。经大量实验证明，理想的药型罩材料是铜。这里选用紫铜作为药型罩的材料。紫铜的音速C=4760～5000m/s。

4.2 炸药的选择及药型罩结构设计

对于前级聚能战斗部的设计，有三种方案构思，通过三种方案对比选取最佳方案作为本次设计结果。

方案一

本文选用聚奥-8炸药，密度为1.83g/cm-3，爆速为8900m/s，计算可得此炸药的爆压为36GPa。与其他炸药综合比较，其性能优越于HMX/TNT。

本文针对C35钢筋混凝土目标，药型罩的结构设计为双锥罩，材料为紫铜，密度为8.9㎏/㎝3，两锥角药型罩的母线等长同为83mm，罩锥角为30°～60°。药型罩直径为136mm，药型罩采取等壁厚，壁厚为？啄=2.6mm，质量m=0.566㎏，采用无隔板结构，主装药为聚奥-8，密度为1.83g/cm3，装药质量为3.49kg。壳体厚度为2mm，材料为45号钢。装药前端采用尖端中心引爆方式。装药直径136mm，主装药高度201mm，炸高为500mm。

4.3 聚能战斗部威力计算

本文利用射流穿深钢板的等效模型来计算射流穿深钢筋混凝土。

战斗部的威力由穿深经验公式计算如下：

5 试验结果

通过三种前级聚能战斗部的方案设计对比分析可以看出，三种方案都能够很容易达到设计要求，但是侵彻孔径不同，第一种方案采用30°～60°锥角等壁厚，能够达到穿深要求，但是侵彻孔径较小且浪费大量炸药。方案二采用60°～90°锥角等壁厚，也能够达到侵彻深度的要求，方案三药型罩的设计采用30°～60°锥角变壁厚，其在侵彻深度的计算结果可以看出，比第一种方案侵彻深度相差不大。但是由于是变壁厚，在加工生产过程中比较困难，所以从加工工艺及经济性能综合考虑，本次课程设计采用第二种方案。在满足穿深C35钢筋混凝土目标同时具有较大的穿深孔径，基本能够保证后级随进弹的顺利随进。

6 140口径聚能战斗部打靶试验结果

参 考 文 献

[1] 蔡汉文.反跑道航空炸弹研究技术[R].北京理工大学，1996.02.

[2] 陈智刚，赵太勇，侯秀成.爆炸及其终点效应[M].北京工业出版社，2004.04.

[3] 赵文宣.弹丸设计理论[M].北京工业学院出版社，1988.06.

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