聚能裝藥的多點(diǎn)環(huán)形起爆器性能測(cè)試及其應(yīng)用*

段卓平，溫麗晶，張連生，黃風(fēng)雷

（北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

聚能裝藥的多點(diǎn)環(huán)形起爆器性能測(cè)試及其應(yīng)用*

段卓平，溫麗晶，張連生，黃風(fēng)雷

（北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

對(duì)聚能裝藥用多點(diǎn)環(huán)形起爆器的同步性能和環(huán)形起爆的聚能裝藥侵徹鋼筋混凝土的侵徹威力進(jìn)行了研究。應(yīng)用高速攝影技術(shù)和光纖探針技術(shù)測(cè)量了多點(diǎn)環(huán)形起爆器各點(diǎn)輸出的同步性，結(jié)果表明環(huán)形起爆器各點(diǎn)輸出同步性好，時(shí)間差最大不超過(guò)0.1μs；聚能裝藥對(duì)鋼筋混凝土的侵徹威力實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用多點(diǎn)環(huán)形起爆器的聚能裝藥對(duì)鋼筋混凝土的侵徹威力比點(diǎn)起爆的有較大提高。

爆炸力學(xué)；侵徹威力；多點(diǎn)環(huán)形起爆器；聚能裝藥；鋼筋混凝土

1 引 言

聚能裝藥作為一種能產(chǎn)生高能量密度的技術(shù)，在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在軍事領(lǐng)域的主要應(yīng)用包括魚雷、導(dǎo)彈、多種破甲彈和各種炸彈等，攻擊的目標(biāo)是坦克、混凝土、防御工事、大型水面艦艇和航空母艦。為了提高聚能裝藥爆炸形成侵徹體的威力，通常采用波形控制技術(shù)，如在裝藥中采用隔板或多點(diǎn)起爆電控技術(shù)等。這些技術(shù)的核心就是在主裝藥中實(shí)現(xiàn)環(huán)形起爆，形成軸對(duì)稱“凹”錐形（或喇叭形）爆轟波，使爆轟波對(duì)藥型罩的壓垮方向向?qū)ΨQ軸會(huì)聚，提高壓垮速度，最終達(dá)到提高侵徹體總動(dòng)能和侵徹威力的目的。

爆炸成型桿式侵徹體（explosion formed rod-liked penetrator，簡(jiǎn)稱EFRP）由于比常規(guī)的金屬射流直徑大、連續(xù)性好、強(qiáng)度高，具有更好的抗干擾能力，比爆炸成型彈丸更長(zhǎng)、飛行速度更高、斷面比動(dòng)能更大、侵徹能力更強(qiáng)［1］。因此，EFRP在混凝土目標(biāo)復(fù)合侵爆戰(zhàn)斗部前級(jí)開(kāi)坑和聚能毀傷水中目標(biāo)方面具有廣泛的應(yīng)用前景，學(xué)者們也對(duì)此開(kāi)展了大量的工作［2－8］。波形控制技術(shù)是爆炸成型桿式侵徹體技術(shù)的重要組成部分，某種意義上說(shuō)是EFRP的關(guān)鍵技術(shù)。E.L.Baker［8］、吳晗玲等［6－7］在研究EFRP的同時(shí)對(duì)爆轟波形控制及其對(duì)EFRP形成的影響予以了重點(diǎn)關(guān)注。

聚能裝藥的波形控制技術(shù)最重要的是對(duì)稱性和與藥型罩的匹配性。在裝藥中采用隔板，對(duì)稱性主要靠加工和裝藥工藝保證，但總的裝藥長(zhǎng)度增加，主裝藥成型的技術(shù)環(huán)節(jié)增多，工藝和工裝復(fù)雜；采用多點(diǎn)起爆電控技術(shù)，同步性靠電路同步性和火工品同步性保證，難度大、成本高，同時(shí)由于每個(gè)起爆點(diǎn)用一個(gè)火工品，火工品數(shù)量大幅度增加，安全性設(shè)計(jì)難度加大。針對(duì)上述問(wèn)題設(shè)計(jì)的多點(diǎn)環(huán)形起爆器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了中心一點(diǎn)起爆輸入，多點(diǎn)環(huán)形同步起爆輸出，對(duì)可爆轟波形進(jìn)行有利控制［9］。

本文中設(shè)計(jì)了多點(diǎn)環(huán)形起爆器同步性能實(shí)驗(yàn)和聚能裝藥侵徹鋼筋混凝土的威力實(shí)驗(yàn)，分別考察多點(diǎn)環(huán)形起爆器的同步性和不同起爆半徑與聚能裝藥結(jié)構(gòu)的匹配性。

2 多點(diǎn)環(huán)形起爆器

多點(diǎn)環(huán)形起爆器金屬件采用硬鋁材料，傳爆裝藥為RDX基的橡膠炸藥：ρ＝1.525g／cm3，D＝7.8km／s，pCJ＝20GPa。技術(shù)上寬0.8mm的深溝槽橡膠炸藥就能穩(wěn)定傳播爆轟波，為提高可靠性，溝槽尺寸設(shè)計(jì)為深1.4mm、寬1.4mm［9］。

針對(duì)裝藥口徑為140mm的聚能裝藥，設(shè)計(jì)了3種環(huán)形起爆裝置，環(huán)形起爆點(diǎn)距對(duì)稱中心分別為50、55、60mm；環(huán)形上的起爆點(diǎn)數(shù)為24個(gè)。典型的傳爆裝置如圖1所示。

3 多點(diǎn)環(huán)形起爆器同步性能實(shí)驗(yàn)

為檢驗(yàn)多點(diǎn)環(huán)形起爆器的輸出同步性，應(yīng)用高速掃描相機(jī)采用光纖探針技術(shù)進(jìn)行同步性測(cè)量。實(shí)驗(yàn)裝置圖2所示，采用3D雷管引爆起爆藥泰安，經(jīng)傳爆器中的橡膠炸藥到達(dá)傳爆裝置（傳爆孔24個(gè)，傳爆半徑55mm），引爆傳爆裝置中的橡膠炸藥；24個(gè)傳爆孔中的炸藥爆炸發(fā)光，各點(diǎn)光分別經(jīng)24根等長(zhǎng)度光纖傳輸?shù)竭_(dá)光纖架。采用狹縫掃描高速攝影測(cè)量技術(shù)，用高速掃描相機(jī)記錄光到達(dá)的時(shí)間。通過(guò)判讀掃描底片，可得到多點(diǎn)傳爆裝置各點(diǎn)爆轟波輸出的時(shí)間。共進(jìn)行1發(fā)實(shí)驗(yàn)，圖3為實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物照片。

圖2 同步性測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.2 The tester for synchronization measurement

圖3 同步性測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置照片F(xiàn)ig.3 Photos of the tester for synchronization measurement

24個(gè)傳爆孔的裝藥完全被引爆，藥槽末端裝藥完全爆轟，圖4為高速攝影掃描得到的底片，掃描速度為3km／s，使用底片判讀儀讀出底片中各輸出孔在掃描方向的位置差，通過(guò)掃描速度可以計(jì)算出各輸出孔發(fā)光的時(shí)間差。計(jì)算得到的24點(diǎn)環(huán)形起爆輸出時(shí)間差數(shù)據(jù)如表1所示，最大時(shí)間差為0.097μs，同步性較好，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖4 同步性測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Test record of synchronization

表1 多點(diǎn)環(huán)形起爆輸出時(shí)間差Table 1 Difference of output time by the multi-point ring detonator

4 不同起爆半徑對(duì)混凝土侵徹威力的影響

為研究多點(diǎn)環(huán)形起爆器對(duì)聚能裝藥侵徹鋼筋混凝土威力的影響規(guī)律，確定不同起爆半徑對(duì)某聚能裝藥結(jié)構(gòu)匹配性，設(shè)計(jì)了聚能裝藥侵徹鋼筋混凝土的威力實(shí)驗(yàn)。聚能裝藥實(shí)驗(yàn)彈口徑140mm，藥型罩為球缺形，材料為Q235鋼，實(shí)驗(yàn)彈殼體為硬鋁材料，裝藥為注裝法裝填的B炸藥（TNT／RDX＝35／65）。多點(diǎn)環(huán)形起爆器采用24點(diǎn)輸出結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)彈及環(huán)形起爆器如圖5所示。

除1發(fā)采用雷管加傳爆藥柱實(shí)行中心點(diǎn)起爆外，其余3發(fā)均采用24點(diǎn)環(huán)形起爆器起爆，起爆半徑分別為50、55、60mm。

圖5 實(shí)驗(yàn)彈及環(huán)形起爆器Fig.5 The experimental shaped charge and multi-point ring initiator

點(diǎn)起爆威力實(shí)驗(yàn)的靶標(biāo)為強(qiáng)度C30，配筋率為0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），尺寸為?1m×1m的圓柱形鋼筋混凝土；環(huán)形起爆的3發(fā)威力實(shí)驗(yàn)采用的靶標(biāo)為強(qiáng)度C35，配筋率為0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），尺寸為1m×1m×1m的正方形鋼筋混凝土。實(shí)驗(yàn)布置如圖6所示，典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。4發(fā)實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表2中，表中h為炸高，r為起爆半徑。

圖6 實(shí)驗(yàn)布置Fig.6 Experimental layout

圖7 實(shí)驗(yàn)后靶標(biāo)Fig.7 Reinforced concrete after experiment

表2 侵徹鋼筋混凝土實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Experimental results of reinforced concrete

由表2可以看出，聚能裝藥實(shí)驗(yàn)彈對(duì)鋼筋混凝土的侵徹能力與起爆方式關(guān)系較大，采用多點(diǎn)環(huán)形起爆器實(shí)驗(yàn)彈的威力比采用中心點(diǎn)起爆的威力有較大提高。在本文條件下，多點(diǎn)環(huán)形起爆器的起爆半徑應(yīng)大于55mm。

5 結(jié) 論

（1）設(shè)計(jì)加工的24點(diǎn)環(huán)形起爆器同步性好，各點(diǎn)輸出時(shí)間差最大不超過(guò)0.1μs。

（2）采用多點(diǎn)環(huán)形起爆器的聚能裝藥對(duì)鋼筋混凝土的侵徹威力相對(duì)于點(diǎn)起爆有較大提高。對(duì)于本文聚能裝藥，多點(diǎn)環(huán)形起爆器的的起爆半徑大于55mm時(shí)侵徹威力提高明顯。

感謝中國(guó)工程物理研究院化工材料研究所在多點(diǎn)環(huán)形起爆器加工和同步性實(shí)驗(yàn)等方面提供的幫助；感謝重慶紅宇精密工業(yè)（集團(tuán)）有限公司軍研所在聚能裝藥加工及威力實(shí)驗(yàn)方面的大力支持。

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Performance test and application of the multi-point ring initiator for a shaped charge＊

DUAN Zhuo-ping，WEN Li-jing，ZHANG Lian-sheng，HUANG Feng-lei
（State Key Laboratory of Explosion Science and Technology，Beijing Institute of Technology，Beijing100081，China）

A series of experiments were conducted to investigate the synchrony of the multi-point ring initiator applied to a shaped charge and the penetration capability of the shaped charges with the multipoint ring initiators into reinforced concrete targets.The output synchrony of all points of the multipoint ring initiator was measured by using the high-speed photography and fiber probe technique.It is showed that the output synchrony of all points is good and the longest time difference is less than 0.1μs.The shaped charges were initiated to penetrate into reinforced concrete targets by applying the multi-point ring initiators and the central point initiation，respectively.Comparison of the experimental results shows that the multi-point ring initiators can improve markedly the penetration capability of the shaped charges.

Mechanics of explosion；penetration capability；multi-point ring initiator；shaped charge；reinforced concrete

18August 2009；Revised 30January 2010

DUAN Zhuo-ping，duanzp＠bit.edu.cn

（責(zé)任編輯 曾月蓉）

O385 國(guó)標(biāo)學(xué)科代碼：130·35

A

2009-08-18；

2010-01-30

段卓平（1965— ），男，博士，教授。

1001-1455（2010）06-0664-05