含鋁炸藥對全預(yù)制破片加速能力試驗

肖師云，劉俞平，涂興文，高 位，黃開書，毛 川

(1.重慶紅宇精密工業(yè)有限責(zé)任公司，重慶 402760； 2.空軍駐西南地區(qū)代表室，重慶 402760)

由于鋁粉在爆轟波陣面后的二次反應(yīng)中放出高熱量，故含鋁炸藥在爆轟時可產(chǎn)生較高的爆熱和爆溫，從而具有較高的作功能力[1-2]。含鋁炸藥具有較寬的爆轟反應(yīng)區(qū)，偏離CJ爆轟理論中反應(yīng)在CJ面上完成的假設(shè)，其爆轟呈現(xiàn)顯著的非理想特征，通常評價理想炸藥爆轟性能的方法，不適用于含鋁炸藥[3]。一般認(rèn)為，含鋁炸藥在大裝藥尺寸和強(qiáng)約束條件下，其非理想爆轟特征才容易被觀察到。含鋁炸藥的25 mm和50 mm圓筒試驗結(jié)果表明[3]：裝藥尺寸和約束條件對含鋁炸藥爆轟特征有顯著的影響。炸藥中加入鋁粉后，炸藥的爆速、爆壓及爆容下降，爆熱和爆溫提高，單純采用爆速難以有效評價含鋁炸藥對破片的加速能力。因此，針對特定口徑和約束條件，開展不同鋁粉含量炸藥對全預(yù)制破片的加速能力的試驗研究，是獲得具有更強(qiáng)破片加速能力的含鋁炸藥的重要手段，可為含鋁炸藥配方優(yōu)選及提高破片戰(zhàn)斗部威力提供支撐。

1 試驗方法

采用標(biāo)準(zhǔn)試驗彈結(jié)構(gòu)，通過裝填不同炸藥進(jìn)行地面靜爆試驗，測試破片的速度和破片對同一狀態(tài)鋼靶的穿甲率，利用破片速度和穿甲率兩項參數(shù)來評價炸藥對金屬的加速能力。試驗彈的破片初速采用格尼模型計算[4]。

(1)

(2)

2 標(biāo)準(zhǔn)試驗彈設(shè)計

格尼能E與炸藥爆速D的關(guān)系為

(3)

式(3)中γ為爆轟產(chǎn)物的多方指數(shù)，通常取3，則有

(4)

由式(1)和式(4)可知，當(dāng)炸藥的爆速每增加100 m/s，格尼速度增加35 m/s，破片初速增加約18～30 m/s。為了避免試驗中各種干擾因素對速度測試的影響，準(zhǔn)確獲取真實(shí)結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)試驗彈設(shè)計采取了以下技術(shù)措施：

1) 試驗彈直徑針對特定應(yīng)用條件設(shè)定為200 mm；殼體材料為鋁合金；

2) 以試驗彈軸向破片速度最大處為中心，設(shè)置10圈全預(yù)制鎢合金破片，破片尺寸為6 mm×6 mm×6 mm且全部破片采用等初速設(shè)計；

3) 中心管對稱設(shè)計，起爆點(diǎn)設(shè)置在軸線中心。

標(biāo)準(zhǔn)試驗彈結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于破片采用等初速設(shè)計，研究試驗時可避免破片速度差和試驗彈結(jié)構(gòu)效應(yīng)對破片速度測試帶來的干擾，從而準(zhǔn)確評估炸藥對破片的加速能力。

3 破片加速試驗方案及結(jié)果

含鋁炸藥爆轟中鋁的反應(yīng)受到炸藥爆轟產(chǎn)物的組分、鋁粉含量和尺寸、裝藥約束條件等多種因素的影響[5-7]，其中鋁粉含量是影響含鋁炸藥對破片加速能力的重要因素之一。針對以HMX為基的PBX炸藥，通過添加不同含量鋁粉進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試驗彈的靜爆試驗，并以某PBX炸藥為對比基礎(chǔ)，開展不同鋁粉含量的含鋁炸藥對破片的加速能力試驗研究。鋁粉含量設(shè)計在10%～25%之間，炸藥固相含量為91%，對比試驗彈及裝填炸藥鋁粉含量見表1。

表1 對比試驗彈及裝填炸藥鋁粉含量

為對比分析標(biāo)準(zhǔn)試驗彈的破片穿甲能力，需在特定距離處設(shè)置特定厚度的鋼靶板，靶板的厚度和布置距離應(yīng)以破片打擊速度滿足對預(yù)定厚度鋼靶板的彈道極限為條件。彈道極限是用于評定靶板和射彈或破片性能的速度值，規(guī)定的撞擊體具有這樣的速度就能夠穿透規(guī)定材料、規(guī)定厚度并按規(guī)定條件安裝的靶板[8]。破片對鋼靶板的彈道極限速度V50按下式計算[9]：

(5)

式(5)中:h為靶板厚度(m);α為破片入射角(°);mf為破片質(zhì)量(kg);k為試驗修正系數(shù)。

根據(jù)預(yù)估的試驗彈破片初速和破片速度衰減系數(shù)，可計算得到滿足要求的鋼靶板厚度和設(shè)置距離。破片在某距離處的速度與初速的關(guān)系為

Vx=V0·e-γx

(6)

式(6)中:Vx為離爆心距離X處的破片速度;γ為破片速度衰減系數(shù)。

根據(jù)計算結(jié)果，試驗時在距爆心12 m處設(shè)置12 mm厚鋼靶板，用于觀測破片穿甲率。采用高速攝影測試破片在距爆心8 m內(nèi)的平均速度，試驗布置如圖2所示。

試驗獲得的破片平均速度和穿甲率見表2。根據(jù)測定的破片平均速度(相當(dāng)于4 m處的破片速度)，利用式(6)即可獲得破片初速。

表2 破片平均速度及穿甲率測試結(jié)果

試驗結(jié)果表明：炸藥添加鋁粉后試驗彈的破片速度均有提高，其中編號3的試驗彈的破片平均速度和破片穿甲率最高，對應(yīng)裝藥的鋁粉含量為20%，與基準(zhǔn)炸藥相比破片平均速度最大提高5.5%。

4 分析與討論

從試驗結(jié)果來看，加入鋁粉后的炸藥在薄殼弱約束下對全預(yù)制破片的加速能力均有一定提升，鋁粉含量為20%時加速能力最強(qiáng)。

由于不同約束條件下鋁粉反應(yīng)速度和反應(yīng)量會不同，造成含鋁炸藥能量釋放速率和釋放量有差異，故含鋁炸藥達(dá)到最佳破片加速能力時的鋁粉含量受戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)的影響，此外鋁粉尺寸也會影響其反應(yīng)速度，因此在特定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)下開展含鋁炸藥對破片加速能力最大化的最佳鋁粉含量研究顯得尤為重要。

5 結(jié)論

HMX基PBX炸藥加入一定量的鋁粉后，在鋁合金薄殼約束下對全預(yù)制破片的加速能力有一定提升，本試驗研究條件下鋁粉含量為20%時加速能力最強(qiáng)；含鋁炸藥對破片加速能力達(dá)到最大時的最佳鋁粉含量與戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)相關(guān)。