云爆战斗部终点状态对地面反射压的影响试验研究
2021-03-21杜海文韩天一王世英
杜海文,何 超,韩天一,王世英
(西安近代化学研究所，西安 710065)
0 引言
云爆战斗部通过爆炸抛撒云爆剂形成覆盖一定范围的FAE云团，经一定延迟时间后，二次起爆云雾，云雾爆轰形成冲击波效应、热效应、窒息效应等，实现对目标的综合毁伤。其中，爆炸冲击波是云爆战斗部主要的毁伤源[1]。影响云爆战斗部爆轰场威力的因素主要有两方面：一是云爆战斗部自身的威力性能参数，即云爆药剂自身能量、云团内在的质量-燃料的粒度和在空气中的浓度、云团的形状等[2]；二是云爆战斗部终点状态，即战斗部终点作用时的落角、云团离地高度、二次起爆位置等。由于导弹、航弹等武器平台的自身特性，在作用终点时，战斗部具有一定的落角、炸高等；同时，云爆战斗部由于自身的特殊性，通过云团大范围覆盖，爆轰毁伤目标，因此，开展云爆战斗部终点落角、云团炸高及二次起爆位置等终点作用参数对威力场的影响研究，对充分发挥云爆战斗部的爆轰威力至关重要。目前国内关于云爆战斗部爆炸威力的研究工作[3-7]主要侧重于特殊工况下的威力场分布特性研究，对终点落角、云团炸高及二次起爆位置对云雾爆炸威力场的影响研究较少。黄菊等[8]对炸高影响爆炸超压的规律进行了理论分析和试验研究，得出一次引爆型云爆装药最佳炸高条件下冲击波超压随对比距离的衰减曲线。徐敏潇等[9]研究了不同二次起爆药量和二次起爆方式的爆炸超压变化规律。
文中针对二次起爆型云爆战斗部终点状态，通过试验方法，得到了不同落角、云团炸高及二次起爆位置的云团爆轰地面反射压数据，获取了战斗部终点参数对爆轰压力场的影响规律，对云爆战斗部与武器平台的适配设计提供参考。
1 试验装置及测试布设
1.1 试验测试仪器
地面反射压测试系统由压力传感器、信号调理模块、数据采集系统等组成。压力传感器，选用PCB公司的113B系列冲击波传感器；信号调理模块选用Kistler 5148 M06信号调理模块；数据采集及处理系统由Elsys TraNET PPCe-16机箱、数据采集模块TPCE-1016-8S及TtanAX3数据采集软件等组成。高速摄影仪型号为Fastcam Mini UX100。
1.2 试验装置
试验装置由壳体、云爆剂、抛撒药、雷管等组成，壳体为薄壁圆筒结构，材料为2A12铝材料，尺寸为Φ216 mm×390 mm；云爆剂为液体燃料环氧丙烷，装填在壳体中，装药质量8.6 kg；抛撒药质量200 g，装填在壳体中心管内；雷管装配在中心抛撒药柱上端面。试验装置结构示意图如图1所示。二次起爆采用单点起爆，二次起爆装置延迟时间50 ms，起爆药量为200 g，起爆采用有线多路精确延时起爆装置，起爆雷管选用48#雷管。
图1 试验装置结构示意图
1.3 试验方案及测试布设
试验时，将试验装置放置于高为H的弹架上，其轴线在地面的投影为爆心。试验装置轴线与水平面的夹角θ称为落角，二次起爆装置布设在距离爆心的水平距离x、垂直距离y的位置。地面反射压传感器布设在距爆心距离分别为4 m、6 m、8 m、10 m、12 m、15 m、18 m、21 m的测线上，与二次起爆装置反向共线。高速摄影仪布设在距离爆心不小于150 m的空旷地面，拍摄视场无障碍物。试验场布局如图2所示。
图2 试验场布局
2 试验结果及分析
2.1 落角对地面反射压的影响
图3所示为不同落角抛撒云团形态，战斗部落角90°时，云团基本水平覆盖在地面上方；战斗部落角65°时，一部分抛撒云团贴近地面，一部分远离地面。
图3 不同落角云团形态
扁平状云雾爆轰后，云雾爆轰波以近似椭球形膨胀扩展。云雾爆轰后的冲击波等压线如图4所示，战斗部落角90°时，抛撒云团沿径向水平分布，爆轰波沿径向逐渐衰减，在相同半径上，地面传感器测试所得的地面反射压值理论上是相同，由于云雾浓度分布不均匀以及测试误差等，相同半径的反射压测试数值有差异，但差异较小，基本可认为云雾区内外压力分布比较均匀，根据爆轰冲击波衰减规律，不同径向半径处(X1
图4 不同落角云雾爆轰冲击波等压线分布图
表1 不同落角试验装置地面反射压数据
2.2 云团炸高对地面反射压的影响
云爆战斗部抛撒形成的云团距离地面的高度，简称云团炸高h。试验通过调整弹架高度H，获取不同的云团炸高h，通过二次起爆云团，获取不同云团炸高的地面反射压威力参数。图5所示为不同炸高的云团形态。
表2 不同炸高云团的地面反射压数据
2.3 二次起爆位置对地面反射压的影响
通过改变二次起爆装置起爆位置(x,y)的值，获得二次起爆装置在云团内的起爆位置(h1,h2)，其中，h1表示二次起爆装置与云团中心的径向水平距离，h2表示二次起爆装置与云团下边缘的垂向距离。
图6所示为二次起爆装置径向水平距离h1固定(h1=1 m)时，不同垂直距离h2的云雾起爆试验照片(T表示云团高度)，表3所示为不同h2的云团爆轰地面反射压数据。
图6 不同h2的云团
表3 不同h2的云团爆轰地面反射压数据
表4所示为二次起爆装置垂直距离h2固定(h2=0.45T)时，改变水平距离h1，得到的二次起爆装置位于不同云团径向位置的试验装置地面反射压数据。
表4 不同h1的云团地面反射压数据
分析认为，在云团垂向0.3T～0.7T范围内，云雾浓度分布呈中间高上下边缘低的趋势；在云团径向1/3R区域内，云雾浓度较为稀薄，在1/3R≤h1≤2/3R区域内，云雾浓度分布较高。云雾浓度分布较高区域，云雾处于爆炸浓度极限中上限，二次起爆装置在此区域内直接起爆云雾，云雾爆轰输出能量高，地面反射压最高。在云雾浓度较为稀薄，云雾处于爆炸浓度极限下限，二次起爆装置在此区域内起爆云雾存在较长区域的燃烧转爆轰过程，降低了云雾的爆轰能量输出，云雾爆轰的地面反射压较低。
由上可知，地面反射压的大小随二次起爆装置在云雾区垂向距离h2和径向距离h1的增加呈先增大后减小的趋势。
3 结论
1)战斗部落角越大，云雾爆轰地面反射压越大，爆轰压力场分布越均匀，90°落角的地面反射压力最高。
2)炸高越低，云雾区内压力越高，云雾边缘及中远场压力越低。随着云团炸高的增加，云雾区压力降低，云雾边缘及中远场压力增高。至最佳云团炸高后，云雾区压力继续降低，云团边缘及中场区域压力降低，远场区域压力增高。
3)地面反射压的大小随二次起爆装置在云雾区垂向距离h2和径向距离h1的增加呈先增大后减小的趋势。
