一種串聯子彈隨進故障分析研究

王震宇，陳 江，張鎮鋒，任 明

(重慶紅宇精密工業有限責任公司， 重慶 402760)

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一種串聯子彈隨進故障分析研究

王震宇，陳 江，張鎮鋒，任 明

(重慶紅宇精密工業有限責任公司， 重慶 402760)

針對在破-侵-爆型串聯隨進反跑道子彈試驗中出現的后級子彈隨進故障，建立后級子彈隨進時間窗模型，并對時間窗模型中的關鍵參數進行了量化，確定了串聯隨進基本條件以及故障原因，并針對隨進條件對影響子彈隨進的關鍵參數進行了調整，在后續試驗中成功實現了串聯隨進，證明了所建立的串聯隨進模型正確。

反跑道；串聯隨進；子彈；時間窗；匹配本文引用格式：王震宇，陳江，張鎮鋒，等.一種串聯子彈隨進故障分析研究[J].兵器裝備工程學報，2017(7):42-45.

反跑道子彈是毀傷和封鎖跑道有效的武器之一[1-2]，一般要求反跑道子彈進入跑道下方延期起爆獲得類似“隆起”毀傷效果，以提高跑道修復難度，延長封控時間。破-侵-爆型子彈是一種常見的反跑道子彈類型，如英國的SG357,德國的STABO反跑道子彈均采用該作戰模式。隨進技術是破-侵-爆型反跑道子彈關鍵技術之一，目前國內對于該型串聯隨進子彈的研究主要集中在前級起爆對后級安全性的影響以及后級隨進速度對隨進深度影響等方面[3,4]，而對可靠隨進條件方面研究尚未見開展相關定量研究的報導，本文針對試驗中出現的后級隨進可靠性問題，對該問題進行了分析并開展定量研究。

1 子彈作用過程

串聯隨進子彈結構主要由前級子彈、后級子彈、殼體、增速機構等部分組成，主要結構見圖1。

圖1 串聯隨進子彈原理示意圖

直立型反跑道子彈落地后依靠直立機構實現姿態扶正，保證藥型罩與后級子彈加速前進方向正對跑道平面，該作戰模式可保證開孔與隨進在最佳著角(90°)及炸高下進行，因此能夠獲得較好的威力一致性。

2 故障描述

某反跑道子彈在進行地面靜態串聯隨進試驗時[3]，多次出現后級點火增速正常，前級正常起爆開孔，但后級子彈(惰性)隨進異常，后級彈體未能跟隨前級開孔侵徹到跑道內部，而是掉落在前級大開坑附近，未能實現串聯隨進功能，并且回收的后級子彈普遍出現后端蓋脫落以及頭部頸縮現象，如圖2。

圖2 試驗時子彈拋落在坑口(上)以及回收彈體端蓋分離、頭部頸縮(下)

3 故障原因定位

子彈直立動作完成經過預定的延時后啟動增速機構，推動后級子彈運動，后級子彈頭部的可潰縮探頭碰撞一級引信閉合開關啟動前級雷管，引爆一級戰斗部形成射流在跑道上開孔；后級子彈沿前級預開孔進入跑道內部，經過預定的延時后隨進子彈起爆，完成毀傷機場跑道功能。

圖3為時間窗模型圖。子彈串聯隨進的時間窗匹配條件模型可定義如下：

T1≥T2+T3+T4+T5

(2)

圖3 子彈串聯隨進時間窗模型示意圖

即從后級可潰探頭接觸前級閉合起爆電路到后級本體運動至前級閉合開關初始位置時間T1不小于其他所有時間段之總和。

(3)

其他時間段分別定義為：

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T2為前級起爆電路從探頭接觸到閉合開關電路接通時間(s)；T3為前級雷管發火時間(s)；T4為前級裝藥完全爆轟時間(s)；T5為前級裝藥完全爆轟到后級通道完全打通時間(s)。

該時間窗模型的含義是，在后級子彈增速前沖情況下，從后級可潰探頭接觸前級閉合起爆電路到后級本體運動至前級閉合開關初始位置時間，必須大于前級起爆電路接觸變形導通時間、前級雷管完全作用時間、前級裝藥完全爆轟時間、前級殼體通道打通時間四者之和，并且兩者的差值越大越好。因此在后級初始速度一定的前提下，后級探桿越長越有利(不考慮探桿長度增加對速度的不利影響)；而T2、T3、T4、T5單獨及其四者之和越小越好，該模型的確定為后級子彈可靠隨進明確了實現途徑。

4 模型量化分析與試驗驗證

反跑道串聯隨進子彈第一輪方案試驗時前級采用針刺雷管，其瞬發度為T3=150 μs，試驗中后級正常增速，前級正常開坑，但后級子彈未能正常隨進而是拋落在前級漏斗坑附近。

經對該狀態下的時間窗模型進行分析，考慮探頭潰縮阻力、內彈道過程以及前級爆轟場產生的速度降的共同作用計算得到時間T1，決定T1初始速度的內彈道曲線v-t曲線，如圖4。

圖4 決定T1初始速度的內彈道v-t曲線

經仿真計算及試驗測定子彈初始速度為100 m/s，在該結構下通過仿真計算得到在爆轟場作用下的速度降約為60 m/s，據此按照平均速度測算得到T1=228.6 μs；根據潰縮探頭距離及電路接觸時平均速度得到前級起爆電路壓縮、變形導通時間T2=14.29 μs；針刺雷管固有參數T3=150 μs；采用AUTODYN仿真計算得到時間前級裝藥完全爆轟時間T4為12.76 μs，如圖6；前級通道打通時間T5為59.87 μs[8-9]，如圖7，則時間窗模型中所有參數均為已知，其具體取值如表1。

圖5 前級仿真網格劃分(1/4模型)

圖6 數值仿真得到時間窗模型中T4(1/4模型)

表1 前級采用針刺雷管的時間窗模型取值 μs

由表1所示時間段的取值可見，由于針刺雷管瞬發度水平低，全作用時間T2達到了150 μs，占據了時間窗模型總時間的63%，且本身針刺雷管作用時間散布也較大，此時時間窗條件左側

T1=228.6 μs

(4)

時間窗條件右側

T2+T3+T4+T5=236.92 μs

(5)

則

T1≤T2+T3+T4+T5

(6)

該式不滿足串聯隨進時間窗條件，導致后級子彈無法正常串聯隨進。具體原因為后級子彈運動至起爆開關初始位置時(T1=228.6)，此時前級裝藥已爆轟完畢，前級通道正在打通過程之中，由于

(T2+T3+T4=177.05)≤(T1=228.6)≤

(T2+T3+T4+T5=236.92)

(7)

則后級隨進子彈直接撞擊在前級爆轟場作用下正在變形破壞過程中的前級引信、前級殼體，此外前級爆轟產物也會作用于后級子彈，兩者共同作用會導致子彈存速降低，并且由于撞擊作用隨進子彈方向也發生偏轉導致子彈不能沿前級預開孔侵徹隨進，嚴重時后級子彈存速甚至可能降低至0，導致隨進失敗。

在該時間窗模型下，后級子彈直接進入前級爆轟場，還會導致后級子彈的結構安全性與隔爆安全性大幅降低，甚至會出現后級子彈被前級殉爆的情況，試驗中曾出現后級子彈殼體頭部頸縮，引信在強力擠壓作用下與彈體脫離，內部裝填物外泄。

圖8 采用針刺雷管時后級子彈頭部頸縮故障仿真復現

圖9 采用瞬發雷管時后級子彈正常串聯隨進

針對故障試驗結果以及對第一輪試驗的時間窗分析，確定了子彈不能正常隨進的主要原因是時間窗實際參數不能滿足時間窗模型，具體為針刺雷管瞬發度偏低導致達不到串聯隨進時間窗要求，由于T2、T4、T5取決于材料與彈體結構，本身不具備較大幅度調節的條件，相比而言提高前級雷管瞬發度易于實現，因此在第二輪方案中，決定在保持原彈體基本結構基礎上換用瞬發電雷管(雷管瞬發度30us)，降低時間窗右側的總時間量值，以滿足時間窗模型，在此條件下時間窗模型參數取值如表2。

表2 前級采用瞬發電雷管的時間窗模型典型取值 μs

則時間窗條件如下式

(T1=228.6)≥(T2+T3+T4+T5=116.92)

(8)

故采用瞬發雷管滿足串聯隨進時間窗條件，后級子彈能夠保證正常隨進。針對該隨進故障進行子彈改進后的第二輪試驗結果如圖9，采用高瞬發度雷管后，后級增速正常，前級正常開坑，后級子彈順利隨進并侵徹到跑道內500 mm深度位置，滿足后級子彈起爆深度要求。

采用瞬發電雷管時，從時間窗數據分析可知后級子彈運動至前級起爆開關初始位置時(228.6 μs)，前級探頭接觸通電、雷管發火、前級爆轟、前級通道打開等動作都已經完成(116.92 μs)，且具有較大的時間余量(111.68 μs)，這表明后級子彈在前級爆轟完成與前級通道打開后，距離前級引信、前級爆轟場的距離還相對較遠，能夠保證后級子彈具有較小的速度降與較大的隔爆距離，這對于保證后級子彈的裝藥安全性與子彈在較大的存速下正常串聯隨進是至關重要的。

5 結論

根據以上串聯隨進故障分析建立的時間窗匹配模型以及對子彈的改進試驗驗證，可得到結論：

1) 由于采用了瞬發度較低的針刺雷管，導致時間窗條件不滿足而引起前期隨進失敗；

2) 通過時間窗模型分析換用高瞬發度雷管后，子彈順利串聯隨進，驗證了改進模型的有效性。

3) 時間窗匹配技術是串聯隨進子彈設計中的關鍵技術，對于破爆型、破破型、破穿型串聯隨進子彈要實現串聯隨進都無法回避這一問題，本研究提出的模型可供其他串聯戰斗部參考。

[1] 北京工學院八系.爆炸及其作用[M].北京：國防工業出版社，1979.

[2] 涂侯杰、惲壽榕，趙衡陽.破爆型串聯戰斗部第一級爆炸對第二級影響的研究[J].兵工學報.1994.(3)：18-22.

[3] 段建，楊黔龍等.串聯戰斗部前級聚能裝藥和隔爆結構設計與實驗研究[J].高壓物理學報.2006.(2)：202-206.

[4] 陳惠武，張先鋒，黃正祥.二級破/穿爆型串聯攻堅戰斗部技術研究[C]//第三十一屆彈藥年會論文集.南京,[出版社不詳].2003.

[5] 王瑞臣.彈丸對混凝土介質斜侵徹效應研究[M].北京:北京理工大學，1998.

[6] PEZZICA G,DESTEFANIS R AND FARAUD M.Numerical simulation of orbital debris impacet on spacecraft.Structure under shock and impact,275-284.

[7] 徐文學，彈丸對混凝土靶的貫穿機理.中南大學學報,2001,32:173-175.

[8] HEUZE F E.An Overview of Projectile Penetration into Geologic Materials,with Emphasis on Rocks.Int J Rock Mech Min Sci,1990,27(2):221-228.

[9] 楊冬梅,王曉鳴.反機場彈藥斜侵徹多層介質靶的三維數值仿真[J].彈道學報,2004,16(3):83-87.

(責任編輯 周江川)

Analysis of the Malfunction of a Tandem Follow-Through Submunition

WANG Zhenyu, CHEN Jiang, ZHANG Zhenfeng, REN Ming

(Chongqing Hongyu Precision Industry Co., Ltd., Chongqing 402760, China)

In light of the malfunction of the penetrating process of the latter stage warhead of a tandem follow-through anti-runway submuniton, this paper established the time window model of the submunition, and also the exact quantity of parameters affect the whole working process of the submunition in the model are given, and by this way, the cause of the malfunction is determined. Based on the model, the relative parameters that affect the test result most are modified. The successive penetration of the latter stage warhead of the submunition into the hole produced by the former stage shaped charge in the following tests proved the effectiveness of the model, and this model can be referenced when designing other tandem warheads.

anti-runway；tandem follow-through；submunition；time window; matching

10.11809/scbgxb2017.07.009

2017-02-27；

2017-03-25

王震宇(1976—)，男，博士，主要從事子母彈與彈藥效能評估研究。

format:WANG Zhenyu, CHEN Jiang, ZHANG Zhenfeng, et al.Analysis of the Malfunction of a Tandem Follow-Through Submunition[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(7):42-45.

TJ410.33

A

2096-2304(2017)07-0042-04