聚能引爆器侵徹防爆彈的試驗(yàn)研究

0爆破質(zhì)量方面的難點(diǎn)過去，這種方法存在很多缺點(diǎn)：1）勤奮接觸渠道多，準(zhǔn)備時間長，工作強(qiáng)度高。2）由于tn劑量的增加，額外爆炸的影響增加，安全保護(hù)面臨重大困難。3）炸藥包的質(zhì)量沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，炸藥量和包裝密度不同，體積和形狀也不同。4）對于埋在土壤中、不同姿勢、不能移動或振動的未爆炸，爆炸井和爆炸包的配置很難。5）爆炸通常集中在丸底和圓柱形的末端，這很難防止爆炸。因此,為更好的適應(yīng)部隊訓(xùn)練保障要求,積極探索危險彈藥就地炸毀新技術(shù),迫切需要研制一種結(jié)構(gòu)精巧、性能可靠、成本低廉、使用簡便的新型危險彈藥銷毀器材。1引爆器的結(jié)構(gòu)利用炸藥裝藥一端的空穴以提高局部破壞作用的效應(yīng),稱為聚能效應(yīng)。由于聚能效應(yīng)能量集中、能量密度高、方向性強(qiáng),其壓垮藥型罩形成的金屬射流具有高速度、高溫度、高能量密度等特性,因此,可以利用其特性銷毀危險彈藥。聚能引爆器外觀是一個筒狀圓柱結(jié)構(gòu),依據(jù)軸對稱射流形成原理設(shè)計而成,主要由炸藥、藥型罩、外殼和雷管定位壓帽等組成,一端開口,用于射流形成與侵徹;另一端為活動定位壓帽,用于固定雷管。利用聚能引爆器銷毀危險彈藥時,聚能效應(yīng)形成的金屬射流穿透彈體,剩余的射流繼續(xù)侵徹引爆彈丸裝藥,從而消除彈藥固有危險性。2聚能引爆器的優(yōu)點(diǎn)以前人對聚能裝藥理論及其應(yīng)用研究為基礎(chǔ),結(jié)合危險彈藥銷毀需求,確定聚能引爆器設(shè)計原則:1)少藥量、高能量。選擇適量的高能炸藥作為聚能穿透彈體、侵徹引爆彈丸裝藥的能源,使聚能引爆器總體質(zhì)量減輕、體積減小,降低爆炸附加破壞威力。2)小炸高、非接觸。設(shè)計的聚能裝藥炸高保證聚能引爆器在不接觸目標(biāo)彈丸的情況下,仍然具有足夠的侵徹引爆彈丸裝藥能力,有效滿足侵徹銷毀彈藥需要。3)薄殼體、無破片。設(shè)計的外殼既要能夠改善爆轟波波形,提高金屬射流侵徹能力,又不產(chǎn)生殺傷性破片,減少爆炸殘留隱患。4)易加工、低成本。符合加工工藝要求,成本低廉,性價比高,易于批量生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。2.1不同網(wǎng)絡(luò)爆速范圍,見表1射流形成與侵徹理論認(rèn)為,聚能射流的侵徹威力隨爆轟壓力的增加而增加。根據(jù)爆炸理論,炸藥爆轟壓力為:ΡCJ=14ρ0D2PCJ=14ρ0D2(1)式中:PCJ為炸藥的爆轟壓力;ρ0為炸藥的裝藥密度;D為炸藥的爆速。由式(1)可以看出,炸藥的密度和爆速對爆轟壓力有影響,而且炸藥爆速影響更大。因此,為提高聚能引爆器威力,選擇某高能炸藥作為聚能裝藥,該炸藥爆速較高,猛度較大,如圖1所示。2.2藥物防護(hù)2.2.1射流的侵徹深度由流體動力學(xué)射流侵徹理論可知:Ρ=L√ρj/ρtP=Lρj/ρt????√(2)式中:P為射流侵徹深度;L為射流長度;ρj和ρt分別為射流和靶板的密度。式(2)表明射流的侵徹深度僅僅與射流的長度、射流和靶板的密度之比有關(guān),并與靶板密度平方根成反比。大量的試驗(yàn)結(jié)果表明:紫銅藥型罩的侵徹效果最好?？紤]材料成本、加工性能以及材料的侵徹性能等因素,一般選擇紫銅作為藥型罩材料。2.2.2藥型罩的尺寸對侵徹效果的影響前人關(guān)于藥型罩形狀的試驗(yàn)表明:喇叭形藥型罩所形成的射流速度最高,圓錐形次之,而半球形最差。由式(2)可知:侵徹深度與射流有效長度成正比,而初始長度取決于藥型罩的母線長度。對于錐形和喇叭形藥型罩,在罩底尺寸相同的情況下,喇叭形藥型罩的母線長度較長,因此其侵徹效果較好。雖然喇叭形藥型罩具有母線長、炸藥裝量大和變錐角等優(yōu)點(diǎn),但其工藝性能不好,加工要求精度高,不易保證加工質(zhì)量。因此,一般采用圓錐形藥型罩。2.2.3藥型罩壓生速度分析根據(jù)定常流體力學(xué)理論,射流速度和質(zhì)量分別為:Vj=V0{cos[(β-α)/2]sinβ+cos[(β-α)/2]tanβ+sin(β-α2)}(3)Vj=V0{cos[(β?α)/2]sinβ+cos[(β?α)/2]tanβ+sin(β?α2)}(3)mj=12m(1-cosβ)mj=12m(1?cosβ)(4)式中:α為半錐角;β為壓合角;V0為藥型罩壓垮速度。為分析方便,假設(shè)炸藥瞬時爆轟,罩壁面同時向軸向壓合。此時有α=β,因此有:Vj=V0cotα2Vj=V0cotα2(5)mj=m?sin2(α2)(6)由式(5)、式(6)可以看出,隨α增加,Vj減少,但mj增加。對藥型罩錐角的研究表明:其錐角在35°～60°之間選取為好。2.2.4射流性能及侵徹能力提高聚能裝藥研究表明:當(dāng)爆轟壓力沖量足夠大時,壁厚增加使形成射流的金屬增多,從而提高了射流性能和侵徹能力。壁厚也不能太大,否則爆炸使藥型罩形成破片,影響射流的正常形成。為改善射流性能,提高侵徹效果,在戰(zhàn)斗部設(shè)計中通常采用變壁厚藥型罩。在爆破器材設(shè)計中,為改善加工工藝,減少制造成本,藥型罩一般采用等壁厚設(shè)計。聚能引爆器采用的藥型罩如圖2所示。2.3降低試驗(yàn)深度炸高一方面保證射流拉伸,增大侵徹深度,另一方面使射流產(chǎn)生徑向分散和擺動,延伸到一定深度后出現(xiàn)斷裂,從而使侵徹深度降低。因此在設(shè)計聚能引爆器時必須確定最佳炸高(最有利炸高)。不同于戰(zhàn)斗部中聚能裝藥以增大侵徹深度為目標(biāo)的最佳炸高設(shè)計,聚能引爆器形成的射流要求射流具有一定的侵徹速度和直徑,從而引爆彈丸裝藥,因此,考慮聚能引爆器結(jié)構(gòu)緊湊性和勤務(wù)處理方便性,在能夠滿足可靠引爆彈丸裝藥的前提下,應(yīng)當(dāng)盡量降低炸高,將裝置設(shè)計得精致小巧。2.4導(dǎo)致殼內(nèi)缺乏能量殼體在爆轟波形成初始階段通過改變波形影響侵徹效果。一方面,有殼聚能裝藥可以減弱稀疏波的作用,有利于提高裝藥能量利用,殼體越厚,裝藥能量利用率越高;另一方面,由于殼體的存在會引起爆轟波在殼體壁面上發(fā)生反射,從而使靠近殼體壁面的爆轟能量得到加強(qiáng),造成罩頂各部分受載情況不均勻,破壞了藥型罩的正常壓垮順序,使最終形成的射流不集中、不穩(wěn)定,導(dǎo)致侵徹深度下降。綜合考慮儲存、運(yùn)輸和使用方便,同時為減少破片產(chǎn)生,設(shè)計的聚能引爆器外殼采用聚乙烯材料。3聚能引爆器具有侵徹爆破要求時代為檢驗(yàn)聚能引爆器侵徹引爆銷毀危險彈藥的能力,選取5種典型彈藥進(jìn)行實(shí)彈銷毀試驗(yàn)。這些彈藥彈丸裝藥、彈體材料、彈丸壁厚各不相同,幾乎涵蓋了當(dāng)前報廢通用彈藥所有類型。實(shí)彈銷毀試驗(yàn)表明:聚能引爆器能夠侵徹引爆銷毀所選彈藥。A、B、C、E型四種彈藥裝藥完全引爆,彈體撕裂形成破片,如圖3所示;大口徑厚壁D型彈藥殼體被擊穿,彈體頭部開裂,裝藥完全引爆,彈藥固有危險性消除,如圖4所示,試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。4爆器的作用綜合聚能