云爆戰斗部終點狀態對地面反射壓的影響試驗研究

杜海文,何 超,韓天一,王世英

(西安近代化學研究所，西安 710065)

0 引言

云爆戰斗部通過爆炸拋撒云爆劑形成覆蓋一定范圍的FAE云團，經一定延遲時間后，二次起爆云霧，云霧爆轟形成沖擊波效應、熱效應、窒息效應等，實現對目標的綜合毀傷。其中，爆炸沖擊波是云爆戰斗部主要的毀傷源[1]。影響云爆戰斗部爆轟場威力的因素主要有兩方面：一是云爆戰斗部自身的威力性能參數，即云爆藥劑自身能量、云團內在的質量-燃料的粒度和在空氣中的濃度、云團的形狀等[2]；二是云爆戰斗部終點狀態，即戰斗部終點作用時的落角、云團離地高度、二次起爆位置等。由于導彈、航彈等武器平臺的自身特性，在作用終點時，戰斗部具有一定的落角、炸高等；同時，云爆戰斗部由于自身的特殊性，通過云團大范圍覆蓋，爆轟毀傷目標，因此，開展云爆戰斗部終點落角、云團炸高及二次起爆位置等終點作用參數對威力場的影響研究，對充分發揮云爆戰斗部的爆轟威力至關重要。目前國內關于云爆戰斗部爆炸威力的研究工作[3-7]主要側重于特殊工況下的威力場分布特性研究，對終點落角、云團炸高及二次起爆位置對云霧爆炸威力場的影響研究較少。黃菊等[8]對炸高影響爆炸超壓的規律進行了理論分析和試驗研究，得出一次引爆型云爆裝藥最佳炸高條件下沖擊波超壓隨對比距離的衰減曲線。徐敏瀟等[9]研究了不同二次起爆藥量和二次起爆方式的爆炸超壓變化規律。

文中針對二次起爆型云爆戰斗部終點狀態，通過試驗方法，得到了不同落角、云團炸高及二次起爆位置的云團爆轟地面反射壓數據，獲取了戰斗部終點參數對爆轟壓力場的影響規律，對云爆戰斗部與武器平臺的適配設計提供參考。

1 試驗裝置及測試布設

1.1 試驗測試儀器

地面反射壓測試系統由壓力傳感器、信號調理模塊、數據采集系統等組成。壓力傳感器，選用PCB公司的113B系列沖擊波傳感器；信號調理模塊選用Kistler 5148 M06信號調理模塊；數據采集及處理系統由Elsys TraNET PPCe-16機箱、數據采集模塊TPCE-1016-8S及TtanAX3數據采集軟件等組成。高速攝影儀型號為Fastcam Mini UX100。

1.2 試驗裝置

試驗裝置由殼體、云爆劑、拋撒藥、雷管等組成，殼體為薄壁圓筒結構，材料為2A12鋁材料，尺寸為Φ216 mm×390 mm；云爆劑為液體燃料環氧丙烷，裝填在殼體中，裝藥質量8.6 kg；拋撒藥質量200 g，裝填在殼體中心管內；雷管裝配在中心拋撒藥柱上端面。試驗裝置結構示意圖如圖1所示。二次起爆采用單點起爆，二次起爆裝置延遲時間50 ms，起爆藥量為200 g，起爆采用有線多路精確延時起爆裝置，起爆雷管選用48#雷管。

圖1 試驗裝置結構示意圖

1.3 試驗方案及測試布設

試驗時，將試驗裝置放置于高為H的彈架上，其軸線在地面的投影為爆心。試驗裝置軸線與水平面的夾角θ稱為落角，二次起爆裝置布設在距離爆心的水平距離x、垂直距離y的位置。地面反射壓傳感器布設在距爆心距離分別為4 m、6 m、8 m、10 m、12 m、15 m、18 m、21 m的測線上，與二次起爆裝置反向共線。高速攝影儀布設在距離爆心不小于150 m的空曠地面，拍攝視場無障礙物。試驗場布局如圖2所示。

圖2 試驗場布局

2 試驗結果及分析

2.1 落角對地面反射壓的影響

圖3所示為不同落角拋撒云團形態，戰斗部落角90°時，云團基本水平覆蓋在地面上方；戰斗部落角65°時，一部分拋撒云團貼近地面，一部分遠離地面。

圖3 不同落角云團形態

扁平狀云霧爆轟后，云霧爆轟波以近似橢球形膨脹擴展。云霧爆轟后的沖擊波等壓線如圖4所示，戰斗部落角90°時，拋撒云團沿徑向水平分布，爆轟波沿徑向逐漸衰減，在相同半徑上，地面傳感器測試所得的地面反射壓值理論上是相同，由于云霧濃度分布不均勻以及測試誤差等，相同半徑的反射壓測試數值有差異，但差異較小，基本可認為云霧區內外壓力分布比較均勻，根據爆轟沖擊波衰減規律，不同徑向半徑處(X1P2>P3>P4>P5。戰斗部落角65°時，根據爆轟沖擊波等壓線分布圖可知，云霧遠離地面一側：-X1處的地面反射壓小于P1，-X2處的地面反射壓小于P2，-X3處的地面反射壓小于P3，-X4處的地面反射壓小于P4，-X5處的地面反射壓小于P5；云霧靠近地面一側：X1處的地面反射壓大于P1，X2處的地面反射壓大于P2，X3處的地面反射壓小于P3，X4處的地面反射壓小于P4，X5處的地面反射壓小于P5，云霧區內外壓力分布不均勻。

圖4 不同落角云霧爆轟沖擊波等壓線分布圖

表1 不同落角試驗裝置地面反射壓數據

2.2 云團炸高對地面反射壓的影響

云爆戰斗部拋撒形成的云團距離地面的高度，簡稱云團炸高h。試驗通過調整彈架高度H，獲取不同的云團炸高h，通過二次起爆云團，獲取不同云團炸高的地面反射壓威力參數。圖5所示為不同炸高的云團形態。

表2 不同炸高云團的地面反射壓數據

2.3 二次起爆位置對地面反射壓的影響

通過改變二次起爆裝置起爆位置(x,y)的值，獲得二次起爆裝置在云團內的起爆位置(h1,h2)，其中，h1表示二次起爆裝置與云團中心的徑向水平距離，h2表示二次起爆裝置與云團下邊緣的垂向距離。

圖6所示為二次起爆裝置徑向水平距離h1固定(h1=1 m)時，不同垂直距離h2的云霧起爆試驗照片(T表示云團高度)，表3所示為不同h2的云團爆轟地面反射壓數據。

圖6 不同h2的云團

表3 不同h2的云團爆轟地面反射壓數據

表4所示為二次起爆裝置垂直距離h2固定(h2=0.45T)時，改變水平距離h1，得到的二次起爆裝置位于不同云團徑向位置的試驗裝置地面反射壓數據。

表4 不同h1的云團地面反射壓數據

分析認為，在云團垂向0.3T～0.7T范圍內，云霧濃度分布呈中間高上下邊緣低的趨勢；在云團徑向1/3R區域內，云霧濃度較為稀薄，在1/3R≤h1≤2/3R區域內，云霧濃度分布較高。云霧濃度分布較高區域，云霧處于爆炸濃度極限中上限，二次起爆裝置在此區域內直接起爆云霧，云霧爆轟輸出能量高，地面反射壓最高。在云霧濃度較為稀薄，云霧處于爆炸濃度極限下限，二次起爆裝置在此區域內起爆云霧存在較長區域的燃燒轉爆轟過程，降低了云霧的爆轟能量輸出，云霧爆轟的地面反射壓較低。

由上可知，地面反射壓的大小隨二次起爆裝置在云霧區垂向距離h2和徑向距離h1的增加呈先增大后減小的趨勢。

3 結論

1)戰斗部落角越大，云霧爆轟地面反射壓越大，爆轟壓力場分布越均勻，90°落角的地面反射壓力最高。

2)炸高越低，云霧區內壓力越高，云霧邊緣及中遠場壓力越低。隨著云團炸高的增加，云霧區壓力降低，云霧邊緣及中遠場壓力增高。至最佳云團炸高后，云霧區壓力繼續降低，云團邊緣及中場區域壓力降低，遠場區域壓力增高。

3)地面反射壓的大小隨二次起爆裝置在云霧區垂向距離h2和徑向距離h1的增加呈先增大后減小的趨勢。