CN110894179A - 一种多层复合金属外壳微爆索 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层复合金属外壳微爆索，属于切割装置领域。该微爆索包括初始金属壳、内部装药(3)，所述的初始金属壳包括外层金属壳(1)和内层金属壳(2)，所述的外层金属壳(1)设置在内层金属壳(2)外表面，内部装药(3)填充在内层金属壳(2)内，本发明采用多种金属组成的复合金属壳体代替传统的单质金属药型罩，减少了爆轰能量在边界处的损耗，能最大效率地利用爆轰能量，形成的射流侵彻能力最强；同时该微爆索结构可以同时适用于药量较小和药量较大的微爆索。

Description

一种多层复合金属外壳微爆索

技术领域

本发明涉及一种微爆索，适用于弹(箭)切割分离，属于爆炸切割领域。

背景技术

我国导弹、火箭多用微爆索进行线性切割分离，飞机上也多用微爆索进行座舱盖的破裂分离，一般微爆索采用单质金属作为外壳，单质金属材料受药剂相容性、金属延展性等限制而选择范围狭窄，侵彻性能相对较弱，冲击较大。

中国专利CN201120277487.X名称为一种切割装置，该装置由防护套和多段依次相接的切割索组成，由于其壳体为含1％～3％锑的铅锑合金制成，射流能量利用率低，侵彻深度较小，冲击较大，对结构强度较高的金属材料或者复合材料侵彻效果不理想，以上专利的使用局限性较大。

中国专利CN201120236869.8名称为水下聚能定向切割装置，该装置采用切割索进行水下切割分离，由内部装药、切割索和切割索外壳组成，由于其切割索金属壳体为等厚度的单质金属压制而成，内部药剂同切割索金属壳体未达到最佳匹配关系，存在以下问题：

(1)切割索金属药型罩为压制而成，受力较大，若使用银、铝等材料易产生变形，型面难以控制，只能采用铜等强度较高的金属进行压制，金属壳体材料局限性较大；

(2)切割索先将炸药加工成一定形状后，在罩上药型罩制成切割索，该方法不适用于药量较低的切割索；

(3)切割索药型罩采用单质金属，且夹角较大，形成的金属射流头部速度较小、杵体占比高，能量利用率低；

(4)切割同等厚度的材料使用的药量较大，周向冲击强，对周围结构影响较大。

传统的切割索或微爆索已不适应当前针对线性分离火工品高侵彻性能、低冲击的发展需要。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种侵彻性能强、金属射流利用率高、冲击较小的微爆索。

本发明的技术解决方案是：一种多层复合金属外壳微爆索，包括初始金属壳、内部装药，所述的初始金属壳包括外层金属壳和内层金属壳，所述的外层金属壳设置在内层金属壳外表面，内部装药填充在内层金属壳内，外层金属壳的聚能角度为α。

外层金属壳和内层金属壳的横截面呈‘V’字型。

所述的多层复合金属外壳微爆索还包括护套，护套设置在外层金属壳外表面，护套是半封闭结构，开口向下，将外层金属壳和内层金属壳半封闭装在护套内。

所述的多层复合金属外壳微爆索还包括粘接剂，通过粘接剂将护套的内壁和外层金属壳的外壁进行粘接。

对于药量较小的微爆索，内部装药填充在内层金属壳内，初始金属壳由外层金属壳和内层金属壳两层组成，通过轧合、液压、拉拔等工艺方法成型为初始金属壳，外层金属壳和内层金属壳为紧密贴紧状态，两者间无侧向滑移；内层金属声阻抗低，外层金属声阻抗高，装药填充完成后，逐模拉伸至所需尺寸，再通过设备滚压成型，成型后通过粘接剂装入护套。

对于药量较大的微爆索，先将内部装药制成所需形状，再将外层金属壳和内层金属壳通过机械加工成相匹配的形状，内层金属声阻抗低，外层金属声阻抗高，然后将内部装药填充至内层金属壳内，最后通过粘接剂装入护套。

内层金属壳使用声阻抗较低的金属材料(＜42kg.m^-2.s^-1)，如铝、铜等；外层金属壳选择声阻抗较高的金属材料(≥42kg.m^-2.s^-1)，如银、铅、镍、钨等。内外层金属声阻抗差值越大，侵彻效果越好，差值应≥20kg.m^-2.s^-1。

微爆索被引爆时，内部装药工作产生高温高压气体，产生的爆轰产物会以百万大气压作用于内层金属壳并将其压垮，内层金属壳的声阻抗较低，爆轰能量在边界的能量耗损较低，内层金属壳在压力作用下以很大的速度向微爆索轴线处汇聚，由于内层金属壳的挤压，外层金属壳也向微爆索轴线处汇聚形成金属射流，该射流能够瞬间切割一定厚度的靶板。

研究发现，传统单质金属壳微爆索形成聚能射流时，在金属壳上存在一个材料分界面，分界面一侧的金属材料形成高速的金属射流，起主要的侵彻作用；另一侧的材料几乎完全形成杵体，杵体质量大、速度低，对侵彻作用很小。由于单质金属不易分离，内部装药将化学能转化为动能的过程中不仅将能量传递给高速金属射流，同时也传递部分能量给杵体。

一般情况下，声阻抗低的材料密度较低，声阻抗高的材料密度较高，本发明采用的多层复合金属外壳微爆索结构设计满足声阻抗匹配条件时，外层金属壳几乎全部形成金属射流，内层金属壳几乎完全形成杵体。金属射流的能量利用率得到提高，这是因为：1、两层金属间存在界面，射流和杵体易分离，减少了能量损耗；2、金属射流和杵体分离时间早，金属射流获得更大的速度和能量占比，杵体速度小、能量占比低；3、金属射流密度大，侵彻能力更强。

本发明所述的外层金属壳的聚能角度α为70°～75°，多次切割试验和仿真计算结果表明，对于不同装药量的多层复合金属外壳微爆索，聚能角度α为70°～75°时能量利用率高，侵彻深度较好。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用多种金属组成的复合金属壳体代替传统的单质金属药型罩，内层金属壳的声阻抗较低，减少了爆轰能量在边界处的损耗，金属射流利用率由20％提升至60％，侵彻能力提高(15～40)％；

(2)本发明采用多种金属组成的复合金属壳体代替传统的单质金属药型罩，该结构可以同时适用于药量较小和药量较大的切割索；

(3)本发明金属壳体聚能角度为70°～75°，能最大效率地利用爆轰能量，形成的射流侵彻能力最强；

(4)本发明采用多种金属组成的复合金属壳体代替传统的单质金属药型罩，金属壳体材料选择性较大；内层金属壳可采用普通金属材料代替贵金属材料，节约生产成本。

附图说明

图1为本发明小药量微爆索示意图；

图2为本发明小药量微爆索滚压成型后示意图；

图3为本发明小药量微爆索空管装药示意图；

图4为本发明大药量微爆索示意图；

图5为本发明射流形成示意图

附图标记：1、外层金属壳；2、内层金属壳；3、内部装药；4、护套；5、粘接剂。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明进一步的说明。

本发明提供一种多层复合金属外壳微爆索，包括初始金属壳、内部装药，所述的初始金属壳包括外层金属壳1和内层金属壳2，所述的外层金属壳1设置在内层金属壳2外表面，内部装药3填充在内层金属壳2内，外层金属壳1的聚能角度为α。

外层金属壳和内层金属壳的横截面呈‘V’字型。

所述的多层复合金属外壳微爆索还包括护套4，护套设置在外层金属壳1外表面，护套是半封闭结构，开口向下，将外层金属壳和内层金属壳半封闭装在护套内；护套可选用橡胶、塑料、复合材料等，其主要功能为：1、微爆索外壳为金属，与切割对象之间粘接性较差，护套材料可以很好地与微爆索、切割对象进行粘接，起到固定和支撑作用；2、通过改变护套的高度可以有效地调节微爆索与切割对象之间的炸高；3、微爆索工作时护套对爆炸产物有一定的约束作用，提高侵彻能力。

所述的多层复合金属外壳微爆索还包括粘接剂5，通过粘接剂5将护套4的内壁和外层金属壳1的外壁进行粘接。粘接剂可选用厌氧胶、环氧树脂胶、压敏胶、乳胶、丁腈橡胶等，主要功能为连接微爆索和护套、护套和切割对象。

内层金属壳使用声阻抗较低的金属材料(＜42kg.m^-2.s^-1)，如铝、铜等；外层金属壳选择声阻抗较高的金属材料(≥42kg.m^-2.s^-1)，如银、铅、镍、钨等。内外层金属声阻抗差值越大，侵彻效果越好，差值应≥20kg.m^-2.s^-1。

如图3所示，小药量微爆索内层金属壳2和外层金属壳1通过轧合、液压、拉拔等工艺方法成型，外层金属壳和内层金属壳为紧密贴紧状态，两者间无侧向滑移；内层金属壳2选用声阻抗较低的金属材料，外层金属壳1选用声阻抗较高的金属材料。小药量微爆索内部装药3填装在内层金属壳2中。如图2所示，通过逐模拉伸至所需尺寸，再通过设备滚压出V型聚能槽，最后通过粘接剂5将护套4同外层金属壳1连接。

如图4所示，大药量微爆索内部装药3通过模具制备成所需形状，内层金属壳2和外层金属壳1通过机械加工为匹配形状，内层金属壳2选用声阻抗较低的金属材料，外层金属壳1选用声阻抗较高的金属材料，再将内部装药3同内层金属壳2和外层金属壳1装配为一体，三者间不得有间隙，最后通过粘接剂5将护套4同外层金属壳1连接。

图1、图2、图4中α为聚能角度，若聚能角度太小，外层金属壳1、内层金属壳2加速路径短，内部装药3形成的爆轰能量转化为金属射流的能量利用率低；若聚能角度太大，外层金属壳1、内层金属壳2无法形成金属射流。聚能角度太大或太小微爆索侵彻效果均不理想，本发明α角度的选取在认真考虑各因素后，并经理论计算、仿真分析和地面试验验证一般取值范围为70°～75°，在这个角度范围内能最大效率地利用爆轰能量，形成的射流侵彻能力最强。这是因为金属射流的形成与金属壳体的压垮速度有关，聚能角度太小，金属壳体的压垮速度小，形成的金属射流速度小，侵彻能力弱；聚能角度太大，金属壳体的压垮速度太快，质点之间无法形成较大的速度差，则无法形成金属射流，只能形成杵体。

如图5所示，微爆索工作后产生高温高压气体，产生的爆轰产物会以百万大气压作用于内层金属壳2并将其压垮。内层金属壳2的波阻抗较低，爆轰能量在边界的能量耗损较低，内层金属壳2在压力作用下以很大的速度向微爆索轴线处汇聚。由于内层金属壳2的挤压，外层金属壳1也向微爆索轴线处汇聚形成金属射流。内层金属壳2将能量传递给外层金属壳1后形成杵体部分，外层金属壳1形成高速金属射流侵彻靶板。

以某铝-银金属外壳微爆索为例：结构如图1所示，外层金属壳1为银，内层金属壳2为铝，内部装药3为黑索今，护套4为丁腈橡胶，粘接剂5为铁锚101胶，聚能角度为75°。数值计算分析结果表明，铝-银金属外壳微爆索比单质铝微爆索侵彻深度提高了36％，比单质银微爆索侵彻深度提高了18％。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种多层复合金属外壳微爆索，其特征在于：包括初始金属壳、内部装药(3)，所述的初始金属壳包括外层金属壳(1)和内层金属壳(2)，所述的外层金属壳(1)设置在内层金属壳(2)外表面，内部装药(3)填充在内层金属壳(2)内，外层金属壳(1)的聚能角度为α。

2.根据权利要求1所述的一种多层复合金属外壳微爆索，其特征在于：还包括护套(4)，护套(4)设置在外层金属壳(1)外表面，护套(4)是半封闭结构，将外层金属壳和内层金属壳半封闭装在护套(4)内。

3.根据权利要求2所述的一种多层复合金属外壳微爆索，其特征在于：还包括粘接剂(5)，护套(4)和外层金属壳(1)通过粘接剂(5)进行粘接。

4.根据权利要求1所述的一种多层复合金属外壳微爆索，其特征在于：外层金属壳(1)的聚能角度α为70°～75°。

5.根据权利要求4所述的一种多层复合金属外壳微爆索，其特征在于：外层金属壳(1)的聚能角度α为70°。

6.根据权利要求4所述的一种多层复合金属外壳微爆索，其特征在于：外层金属壳(1)的聚能角度α为75°。

7.根据权利要求1所述的一种多层复合金属外壳微爆索，其特征在于：外层金属壳和内层金属壳的横截面呈‘V’字型。

8.根据权利要求1所述的一种多层复合金属外壳微爆索，其特征在于：外层金属壳(1)选择声阻抗较高的金属材料，具体选用银、铅、镍、钨金属材料中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种多层复合金属外壳微爆索，其特征在于：内层金属壳(2)使用声阻抗较低的金属材料，具体选用铝或铜金属材料。

10.根据权利要求2或3所述的一种多层复合金属外壳微爆索，其特征在于：护套(4)选用橡胶或塑料复合材料。

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