新型熔鑄炸藥精密爆炸網絡的設計與應用

孫 建，袁寶慧，谷鴻平，王親會，王利俠，趙 凱

（西安近代化學研究所，陜西 西安710065）

引 言

爆炸網絡是沿不同傳爆路徑傳遞爆轟波的傳爆裝置，其傳爆路徑可以是由炸藥或爆炸物制成的柔性或剛性傳爆通道［1］。如用導爆索［1-2］或橡皮藥條可以制成柔性爆炸網絡，其多點起爆的同步性誤差一般在200ns以上；采用超細HMX 小尺寸溝槽裝藥［3］或橡皮炸藥溝槽裝藥［4］，在一定程度上可以減輕溝槽裝藥量，但由于炸藥的臨界直徑仍較大，需要采取隔爆措施以保護主裝藥和其他零部件不受干擾和破壞；采用精密壓裝技術制作的多點起爆網絡［5］，起爆同步性有所改善，但適用于平面或簡單結構的爆炸網絡。這類傳爆方式在戰斗部中應用時，往往會受到爆炸網絡結構布局、起爆與隔爆問題，以及工藝條件的限制，而且傳爆精度和多點起爆的同步性誤差也較大。C.J.Terblanche等研究了聚能裝藥底部起爆［6］，結果表明，對90°藥型罩結構的聚能裝藥，由單一雷管輸出到裝藥口部多點起爆，獲得了頭部速度為11 500m／s的凝聚射流。但多點起爆的同步性、網絡裝藥的隔爆影響以及射流超音速碰撞引起的凝聚性問題都對射流的形成有較大影響。

隨著現代戰場對彈藥智能化和多功能化的需求，爆轟波形控制技術在戰斗部中應用得到了迅速發展。對于以聚能裝藥為基礎結構的多模式戰斗部，爆轟波形的控制是多模可選擇方案的重要基礎，其多點起爆的同步性誤差應控制在100ns以內［7-9］，因為聚能侵徹體的橫向偏移量隨多點起爆同步性的偏差增大而增大，嚴重時可造成侵徹體不對稱或嚴重彎曲，降低射流的穿深能力或影響EFP的飛行穩定性。

本研究采用新型DNTF 基熔鑄炸藥的溝槽裝藥技術制作爆炸網絡［10］，并使爆炸網絡在戰斗部中預埋，以解決爆炸網絡小型化和精確控制爆轟波的問題，為多模毀傷彈藥的爆轟波形控制開辟新的技術途徑。

1 爆炸網絡的設計

1.1 起爆同步性設計

式中：t、Δt為傳爆時間和多點同步性極差；D、ΔD分別為傳爆藥的爆速和爆速極差；L、ΔL分別為傳爆路徑長度和長度極差。

由此可見，選用爆速高，且爆速誤差小的炸藥裝藥，可以大幅度提高爆炸網絡傳爆的同步性；傳爆距離和傳爆路徑的誤差對傳播時間也有較大影響。前者是選擇炸藥，后者是爆炸網絡的結構布局和裝藥工藝控制。

新型DNTF基熔鑄炸藥具有臨界直徑小、爆速高、爆速極差小以及爆轟傳播穩定性好的特點，作為爆炸網絡的傳爆藥，可以在網絡基體上制作溝槽裝藥，減少多點起爆的同步性誤差。此外，由于DNTF基熔鑄炸藥的爆速基本接近或略高于以HMX 為主的戰斗部裝藥的爆速，因而爆炸網絡的多點起爆可使主裝藥迅速形成穩定爆轟，有利于改善傳爆的可靠性和主裝藥的爆轟性能。

1.2 爆炸網絡在戰斗部中的預埋

為了使爆轟傳播從單點輸入轉換成相應位置的多點輸出，需要根據戰斗部的結構和爆轟波形的特點，將爆炸網絡預埋在戰斗部中，并解決有限空間和有效載荷條件下的傳爆和隔爆的矛盾，在保證主裝藥不受干擾的條件下，使爆炸網絡可靠傳爆。

關于爆炸網絡的傳爆與隔爆，在設計上應盡可能減少溝槽裝藥的藥量或裝藥直徑，但溝槽裝藥的直徑應大于該炸藥的臨界起爆直徑，才能保證溝槽裝藥的穩定傳爆。影響裝藥直徑的主要因素有：炸藥的臨界起爆直徑、炸藥的粒度、裝藥密度和外殼約束等條件。其中，炸藥的臨界起爆直徑是制約爆炸網絡小型化的關鍵因素。目前常用的高能炸藥，如RDX、HMX 等，其臨界直徑一般都在1mm 以上。新型DNTF基熔鑄炸藥作為傳爆藥，其臨界直徑僅為0.2mm，為爆炸網絡在戰斗部中預埋和實現小型化奠定了重要的技術基礎。

考慮到工藝和常規戰斗部的使用要求，采用1mm 直徑的溝槽裝藥，并使其在爆炸網絡基體上等長均布，以確保溝槽裝藥的連續性和均勻性，不僅可降低爆速極差，提高多點起爆的同步性，而且有利于解決爆炸網絡的傳爆與隔爆的矛盾，使爆炸網絡小型化并預埋在戰斗部中，實現精確控制爆轟波形的目的。

2 爆炸網絡實驗

2.1 傳爆與隔爆實驗

為了研究新型DNTF 基熔鑄炸藥溝槽裝藥的傳爆與隔爆的匹配性能，進行了不同厚度網絡體溝槽裝藥的起爆試驗和隔爆試驗，結果如圖1 所示。圖1（a）給出爆炸后不同厚度網絡體基板背面的破壞程度。圖1（b）和（c）分別是溝槽裝藥網絡體基板起爆前狀態和起爆后背面放置的JH-14 傳爆藥柱的狀態。結果表明，采用10mm 厚的網絡體基板可以確保1mm 溝槽裝藥起爆后其背面的傳爆藥柱既不殉爆也不破壞。

圖1 爆炸網絡溝槽裝藥的傳爆與隔爆試驗結果Fig.1 Experimental results of the explosion propagation and isolation of explosive in the explosive circuit channels

2.2 起爆同步性實驗

為了滿足多模式戰斗部毀傷元的同軸性要求，多點起爆的同步誤差應控制在100ns以內。采用DNTF基熔鑄炸藥制作不同結構的精密爆炸網絡，用8號電雷管在中心起爆，通過爆轟分流形成多點同步起爆。 采用多通道時間間隔測量儀（TSN632M），用多條銅靶線接收每個輸出端的導通信號，分別對3種爆炸網絡典型結構的多點起爆同步性進行測定。試驗照片見圖2。

圖2 不同結構的爆炸網絡多點同步起爆試驗Fig.2 Experimental of the explosive circuit with different structures by the multi-point initiation ways

圖2表明，1入6出、1入12出和1入24出的起爆同步性極差分別為35、64和74ns，多點起爆的同步性可控制在幾十納秒以內。

為了進一步分析多點起爆的爆轟波形，對于典型的1入6出結構的爆炸網絡方案，用高速攝影狹縫照相技術拍攝了主裝藥中藥型罩頂部特定位置的波形圖，見圖3。由圖3可見，裝藥頂部可以形成收斂的錐形波，其同步性誤差在幾十納秒以內，該爆炸網絡多點起爆所形成的類環形波可以滿足多模式戰斗部聚能毀傷元形成的同步性要求。

圖3 爆炸網絡1入6出高速攝影波形圖Fig.3 Detonation waveform of the explosive circuit with the six initiation points by means of high speed photography

3 爆炸網絡的應用

應用上述爆炸網絡，對同一種聚能裝藥，采用中心起爆和周向多點同步起爆，可以獲得不同的聚能侵徹體，實現毀傷模式可選擇。為了驗證爆炸網絡周向多點同步的起爆性能，與常規帶隔板裝藥在周向相同位置上起爆條件下進行了對比試驗。試驗結果見圖4和表1。

結果表明：（1）對于同一種聚能裝藥，不同起爆方式下的侵徹性能不同。中心點起爆形成的桿式射流較粗，其特點是穿孔直徑較大，穿深較低；周向多點同步起爆所形成的長射流，穿深能力較強，穿孔較細。通過中心起爆與周向多點起爆方案組合，可以使多模式戰斗部具有兩種不同毀傷模式可選擇，其穿深能力相差50%以上，穿孔直徑也有明顯的差異，可分別用于對付不同的目標。（2）由周向多點同步起爆與常規帶隔板裝藥環形起爆的穿深對比可見，其射流穿孔準直，證明爆炸網絡多點起爆的同步性可以滿足聚能毀傷元形成的同軸性要求。此外，多點同步起爆方案與常規隔板環形起爆相比，穿深略有提高，有利于增加藥型罩頂部的有效裝藥量，提高聚能裝藥的穿深能力。

圖4 不同起爆方式下聚能裝藥穿靶試驗結果Fig.4 Experimental results of the shaped charge against the targets by different initiation ways

表1 不同起爆方式的穿靶結果Table 1 Experimental results of penetration by the different initiation ways

因此，將該精密爆炸網絡預埋在多模式戰斗部中，既能實現毀傷模式的可選擇，還可簡化戰斗部結構，提高多模彈藥的毀傷效應和戰場應變能力。

4 結 論

（1）用新型DNTF基熔鑄炸藥作為液相載體制作精密爆炸網絡，從單點起爆放大成多點同步起爆的同步性可控制在100ns以內，能夠滿足聚能侵徹體形成的同步性要求。

（2）爆炸網絡在戰斗部中預埋，不僅可使爆炸網絡小型化，大大簡化戰斗部結構，而且有利于戰斗部主裝藥迅速形成穩定爆轟，提高傳爆的可靠性。

（3）DNTF基熔鑄炸藥精密爆炸網絡在多模毀傷彈藥中應用，使同一種聚能裝藥具有不同起爆方式可選擇，為多模式戰斗部毀傷模式的選擇開辟了新的技術途徑。

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