精密破甲戰斗部實踐研究

尹　剛

（安徽方圓機電股份有限公司，安徽 蚌埠233010）

0　引言

目前國外導彈破甲戰斗部設計均采用了精密破甲戰斗部技術，新材料、新工藝及新型裝藥結構研究已非常普及，工程破甲能力已達到10倍口徑穿深水平[1]。精密破甲戰斗部技術研究可以有效的在有限的裝藥空間內提升戰斗部威力，是未來破甲戰斗部的發展方向。通過對藥型罩及精密成型裝藥等方面進行材料合理選擇及優化設計，可以實現材料利用最大、經濟性最優、廢品率最低的效果。

1　藥型罩

精密藥型罩要求嚴格控制加工精度，尤其是晶粒度、同軸度、壁厚差和表面光潔度等對破甲性能影響較大的因素。

1.1　藥型罩材料

藥型罩材料的性能和內部結構直徑影響射流的品質，如高密度、高純度、均勻細晶粒和適中硬度等物理性能，可以提高延伸率。延緩斷裂時間，從而得到性能優良的長射流，提高聚能裝藥在大炸高下的侵徹能力和抗干擾能力。

根據密度定律：

式中，P 為侵徹深度；ρj為射流密度；ρt為靶體密度；L為射流長度。

作為藥型罩材料的鉭和鉬的性能最好，但經濟性較差。因此，選擇性價比較好的銅，銅的密度大、塑性好、聲速較高，因此在聚能裝藥的作用下內能增加很小、能量的絕大部分表現為動能形式，使能量更為集中，避免了高壓膨脹引起的數量分散，故形成的射流連續性、穩定性均較好，破甲效果也好。在此選擇紫銅作為制作藥型罩的材料。

1.2　藥型罩形狀

破甲彈上使用的藥型罩有單錐形、雙錐形、喇叭形等。母線的長度決定了射流的初始長度，在口徑相同的條件下，喇叭形及雙錐形的母線最長，單錐形次之；喇叭形及雙錐形的頭部射流速度最大，其次是單錐；喇叭形的速度梯度最大，射流頭尾部的速度差增加，增大了射流的速度梯度，因此最佳藥型罩形狀是喇叭形，但喇叭形及雙錐形口徑超過φ95 mm后，加工及壓藥工藝存在較大的問題，破甲穩定性較差；而單錐藥型罩各項技術參數比較成熟穩定，口徑大小均可，因此選擇單錐藥型罩。

2　精密裝藥

破甲戰斗部一般都采用以HMX為主的高能混合炸藥，其爆轟驅動能力可以使射流速度加速到臨近極限，增加射流質量并延緩斷裂時間，提高侵徹性能。為了發揮高威力炸藥的潛能，改善裝藥質量，筆者在此主要對精密壓裝技術進行討論。

2.1　裝藥選擇

用于破甲彈的裝藥應該具有較好的強度和低的機械敏感度、高的臨界應力，為了保證安全性，還應有良好的熱安定性和成型性。見表1.

表1　各炸藥材料參數

由表中參數可知，奧克托今和聚奧-8性能優越，但成本昂貴。8701由95%RDX及3%DNT混合制成，通過爆速公式計算，8701炸藥也符合高能炸藥要求，且價格低廉，所以裝藥選擇8701.

2.2　裝藥設計

藥柱高度H主要是根據有效裝藥選取，對無隔板裝藥結構來說H=2h，對有隔板的裝藥結構來說，H一般低于1.5D.根據炸藥理論分析h應大于0.5D.h過大隔板無法起到應有的作用，h過小則造成破甲穩定性不好或使得破甲深度減小。筆者設計精密裝藥時，H取1.35D，輔藥量視裝藥長度取主藥柱的10%～15%.

2.3　裝藥成型

常用的裝藥成型方法有注裝、壓裝、螺旋裝藥等。由于壓裝藥柱的藥型罩與藥柱同軸度匹配最佳，因此選用壓裝法。影響炸藥裝藥密度均勻性的主要因素有炸藥的晶型、造型粉的流散性及粘結劑性能，壓藥時的壓力、溫度、裝藥方式、加載方式和速度、保壓時間以及模具等[2]。為保證壓藥密度和壓藥均勻性，筆者采用的壓藥方法是雙向定位壓制，通過控制藥柱成型過程的受力狀態，改善炸藥顆粒的流動及蠕變性能，使內應力趨于平衡，從而得到均勻而致密的藥柱。雙向壓制裝藥密度比單向壓制可提高10%左右，接近炸藥理論密度的98.5%，密度差可控制在±0.005 g/cm3，藥柱均勻性更好，炸藥的能量利用率估算提高3%～5%.從試驗數據看破甲水平提高了10%左右，且穩定性增加。

2.4　隔板的選擇

采用隔板的目的是改變爆轟波形，使炸藥的能量能充分的作用在藥型罩上，提高作用在藥型罩上的爆壓。有隔板的裝藥結構與無隔板的裝藥結構比較，射流的頭部速度提高25%左右，破甲深度可提高15%～30%.

隔板材料要求聲阻低，隔爆性能好，與炸藥相容性好，有一定的強度，而且密度小。常用的隔板材料有夾布膠木、厚紙板、發泡塑料等惰性材料，還可使用低爆速的炸藥等活性材料來制作隔板。隔板材料的選用原則是：既要考慮其隔爆性能也要考慮其強度及生產工藝性。厚紙一般用于低爆速的裝藥中。在驗證中，筆者選擇夾布膠木為隔板材料，主要是加工方便，尺寸變化小，對爆轟波影響小。

小結：選擇雙向壓制8701炸藥為主裝藥，結構采用輔藥加隔板調整起爆裝藥模式。

3　算例及分析

應用非線性動力學軟件AUTODYN進行數值計算，采用Euler算法，該算法可以很好地解決大應變、高應變率的問題。網格模型為二維軸對稱模型，設置無反射邊界條件，使所有物質在邊界處無障礙流出。對采用精密戰斗部及普通戰斗部兩種狀態進行仿真計算，裝藥口徑均為120 mm，精密戰斗部裝藥密度為1.72 g/cm3，普通戰斗部無隔板，并且裝藥密度為1.71 g/cm3.在此僅建立精密戰斗部模型，隨后將隔板部分用8701替換，更改8701密度即可進行對比試驗[3]。

3.1　計算模型

如圖1所示，計算模型由炸藥、藥型罩、空氣、調整器、隔板5種材料組成，采用二維軸對稱結構。采用JH-2裝藥，裝藥口徑為130 mm；藥型罩材料為紫銅，壁厚2 mm.

圖1　有限元模型

3.2　結果分析

由圖2可知，在同一時刻，精密破甲戰斗部射流尺寸較普通破甲戰斗部射流尺寸長，其杵體最大直徑也較普通破甲戰斗部形成杵體直徑大，及穿透目標孔徑大，威力有明顯提升。

（續下圖）

（接上圖）

圖2　100μs時兩種戰斗部射流尺寸

4　試驗驗證情況

見圖3和表2，通過試驗數據分析，精密破甲戰斗部穿深效果明顯優于普通破甲戰斗部，且破甲效果較穩定。

圖3　試驗驗證

表2　兩種戰斗部靜爆試驗結果

5　結束語

精密戰斗部的研究，對提高戰斗部的整體毀傷效能有很大的幫助，具有較高的經濟價值。本文對藥型罩形狀、材料及加工工藝進行了論述，同時對裝藥、壓制工藝及結構進行了總結，最后對其進行仿真及試驗驗證，得到一種可達9.5倍口徑左右破甲戰斗部裝藥。