聚能裝藥的多點環形起爆器性能測試及其應用*

段卓平，溫麗晶，張連生，黃風雷

（北京理工大學爆炸科學與技術國家重點實驗室，北京 100081）

聚能裝藥的多點環形起爆器性能測試及其應用*

段卓平，溫麗晶，張連生，黃風雷

（北京理工大學爆炸科學與技術國家重點實驗室，北京 100081）

對聚能裝藥用多點環形起爆器的同步性能和環形起爆的聚能裝藥侵徹鋼筋混凝土的侵徹威力進行了研究。應用高速攝影技術和光纖探針技術測量了多點環形起爆器各點輸出的同步性，結果表明環形起爆器各點輸出同步性好，時間差最大不超過0.1μs；聚能裝藥對鋼筋混凝土的侵徹威力實驗結果表明，采用多點環形起爆器的聚能裝藥對鋼筋混凝土的侵徹威力比點起爆的有較大提高。

爆炸力學；侵徹威力；多點環形起爆器；聚能裝藥；鋼筋混凝土

1 引 言

聚能裝藥作為一種能產生高能量密度的技術，在軍事領域和民用領域應用廣泛。在軍事領域的主要應用包括魚雷、導彈、多種破甲彈和各種炸彈等，攻擊的目標是坦克、混凝土、防御工事、大型水面艦艇和航空母艦。為了提高聚能裝藥爆炸形成侵徹體的威力，通常采用波形控制技術，如在裝藥中采用隔板或多點起爆電控技術等。這些技術的核心就是在主裝藥中實現環形起爆，形成軸對稱“凹”錐形（或喇叭形）爆轟波，使爆轟波對藥型罩的壓垮方向向對稱軸會聚，提高壓垮速度，最終達到提高侵徹體總動能和侵徹威力的目的。

爆炸成型桿式侵徹體（explosion formed rod-liked penetrator，簡稱EFRP）由于比常規的金屬射流直徑大、連續性好、強度高，具有更好的抗干擾能力，比爆炸成型彈丸更長、飛行速度更高、斷面比動能更大、侵徹能力更強［1］。因此，EFRP在混凝土目標復合侵爆戰斗部前級開坑和聚能毀傷水中目標方面具有廣泛的應用前景，學者們也對此開展了大量的工作［2－8］。波形控制技術是爆炸成型桿式侵徹體技術的重要組成部分，某種意義上說是EFRP的關鍵技術。E.L.Baker［8］、吳晗玲等［6－7］在研究EFRP的同時對爆轟波形控制及其對EFRP形成的影響予以了重點關注。

聚能裝藥的波形控制技術最重要的是對稱性和與藥型罩的匹配性。在裝藥中采用隔板，對稱性主要靠加工和裝藥工藝保證，但總的裝藥長度增加，主裝藥成型的技術環節增多，工藝和工裝復雜；采用多點起爆電控技術，同步性靠電路同步性和火工品同步性保證，難度大、成本高，同時由于每個起爆點用一個火工品，火工品數量大幅度增加，安全性設計難度加大。針對上述問題設計的多點環形起爆器，結構簡單，實現了中心一點起爆輸入，多點環形同步起爆輸出，對可爆轟波形進行有利控制［9］。

本文中設計了多點環形起爆器同步性能實驗和聚能裝藥侵徹鋼筋混凝土的威力實驗，分別考察多點環形起爆器的同步性和不同起爆半徑與聚能裝藥結構的匹配性。

2 多點環形起爆器

多點環形起爆器金屬件采用硬鋁材料，傳爆裝藥為RDX基的橡膠炸藥：ρ＝1.525g／cm3，D＝7.8km／s，pCJ＝20GPa。技術上寬0.8mm的深溝槽橡膠炸藥就能穩定傳播爆轟波，為提高可靠性，溝槽尺寸設計為深1.4mm、寬1.4mm［9］。

針對裝藥口徑為140mm的聚能裝藥，設計了3種環形起爆裝置，環形起爆點距對稱中心分別為50、55、60mm；環形上的起爆點數為24個。典型的傳爆裝置如圖1所示。

3 多點環形起爆器同步性能實驗

為檢驗多點環形起爆器的輸出同步性，應用高速掃描相機采用光纖探針技術進行同步性測量。實驗裝置圖2所示，采用3D雷管引爆起爆藥泰安，經傳爆器中的橡膠炸藥到達傳爆裝置（傳爆孔24個，傳爆半徑55mm），引爆傳爆裝置中的橡膠炸藥；24個傳爆孔中的炸藥爆炸發光，各點光分別經24根等長度光纖傳輸到達光纖架。采用狹縫掃描高速攝影測量技術，用高速掃描相機記錄光到達的時間。通過判讀掃描底片，可得到多點傳爆裝置各點爆轟波輸出的時間。共進行1發實驗，圖3為實驗裝置實物照片。

圖2 同步性測量實驗裝置圖Fig.2 The tester for synchronization measurement

圖3 同步性測量實驗裝置照片Fig.3 Photos of the tester for synchronization measurement

24個傳爆孔的裝藥完全被引爆，藥槽末端裝藥完全爆轟，圖4為高速攝影掃描得到的底片，掃描速度為3km／s，使用底片判讀儀讀出底片中各輸出孔在掃描方向的位置差，通過掃描速度可以計算出各輸出孔發光的時間差。計算得到的24點環形起爆輸出時間差數據如表1所示，最大時間差為0.097μs，同步性較好，滿足設計要求。

圖4 同步性測量實驗結果Fig.4 Test record of synchronization

表1 多點環形起爆輸出時間差Table 1 Difference of output time by the multi-point ring detonator

4 不同起爆半徑對混凝土侵徹威力的影響

為研究多點環形起爆器對聚能裝藥侵徹鋼筋混凝土威力的影響規律，確定不同起爆半徑對某聚能裝藥結構匹配性，設計了聚能裝藥侵徹鋼筋混凝土的威力實驗。聚能裝藥實驗彈口徑140mm，藥型罩為球缺形，材料為Q235鋼，實驗彈殼體為硬鋁材料，裝藥為注裝法裝填的B炸藥（TNT／RDX＝35／65）。多點環形起爆器采用24點輸出結構，實驗彈及環形起爆器如圖5所示。

除1發采用雷管加傳爆藥柱實行中心點起爆外，其余3發均采用24點環形起爆器起爆，起爆半徑分別為50、55、60mm。

圖5 實驗彈及環形起爆器Fig.5 The experimental shaped charge and multi-point ring initiator

點起爆威力實驗的靶標為強度C30，配筋率為0.5%（質量分數），尺寸為?1m×1m的圓柱形鋼筋混凝土；環形起爆的3發威力實驗采用的靶標為強度C35，配筋率為0.5%（質量分數），尺寸為1m×1m×1m的正方形鋼筋混凝土。實驗布置如圖6所示，典型實驗結果如圖7所示。4發實驗結果列于表2中，表中h為炸高，r為起爆半徑。

圖6 實驗布置Fig.6 Experimental layout

圖7 實驗后靶標Fig.7 Reinforced concrete after experiment

表2 侵徹鋼筋混凝土實驗結果Table 2 Experimental results of reinforced concrete

由表2可以看出，聚能裝藥實驗彈對鋼筋混凝土的侵徹能力與起爆方式關系較大，采用多點環形起爆器實驗彈的威力比采用中心點起爆的威力有較大提高。在本文條件下，多點環形起爆器的起爆半徑應大于55mm。

5 結 論

（1）設計加工的24點環形起爆器同步性好，各點輸出時間差最大不超過0.1μs。

（2）采用多點環形起爆器的聚能裝藥對鋼筋混凝土的侵徹威力相對于點起爆有較大提高。對于本文聚能裝藥，多點環形起爆器的的起爆半徑大于55mm時侵徹威力提高明顯。

感謝中國工程物理研究院化工材料研究所在多點環形起爆器加工和同步性實驗等方面提供的幫助；感謝重慶紅宇精密工業（集團）有限公司軍研所在聚能裝藥加工及威力實驗方面的大力支持。

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［9］段卓平，溫麗晶，申健，等.聚能裝藥用多點環形起爆器的設計［J］.兵工學報，2011，32（1）：101-105.

DUAN Zhuo-ping，WEN Li-jing，SHEN Jian，et al.Design of multi-point ring initiator for shaped charge［J］.Acta Armamentarii，2011，32（1）：101-105.

Performance test and application of the multi-point ring initiator for a shaped charge＊

DUAN Zhuo-ping，WEN Li-jing，ZHANG Lian-sheng，HUANG Feng-lei
（State Key Laboratory of Explosion Science and Technology，Beijing Institute of Technology，Beijing100081，China）

A series of experiments were conducted to investigate the synchrony of the multi-point ring initiator applied to a shaped charge and the penetration capability of the shaped charges with the multipoint ring initiators into reinforced concrete targets.The output synchrony of all points of the multipoint ring initiator was measured by using the high-speed photography and fiber probe technique.It is showed that the output synchrony of all points is good and the longest time difference is less than 0.1μs.The shaped charges were initiated to penetrate into reinforced concrete targets by applying the multi-point ring initiators and the central point initiation，respectively.Comparison of the experimental results shows that the multi-point ring initiators can improve markedly the penetration capability of the shaped charges.

Mechanics of explosion；penetration capability；multi-point ring initiator；shaped charge；reinforced concrete

18August 2009；Revised 30January 2010

DUAN Zhuo-ping，duanzp＠bit.edu.cn

（責任編輯 曾月蓉）

O385 國標學科代碼：130·35

A

2009-08-18；

2010-01-30

段卓平（1965— ），男，博士，教授。

1001-1455（2010）06-0664-05