CN111879187A - 强约束不敏感侵彻爆破战斗部结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强约束不敏感侵彻爆破战斗部结构。使用本发明能够在保证原战斗部侵彻能力和爆炸威力等性能不降低的前提下，实现战斗部的不敏感性能大幅度提升，满足不敏感弹药考核要求。本发明在战斗部壳体和体接套上开有泄压通孔，并用易熔的堵块或者含易熔材料的堵块结构封堵，能够在高温、火烧等意外情况下形成泄压通道，降低战斗部内部装药点火后燃烧增长速率，有效控制战斗部装药向爆炸、爆轰等高级别反应发展，从而减少或杜绝灾害性事故发生，同时，在战斗部壳体的外表面涂有阻热涂层，在战斗部壳体内表面涂有隔热和冲击防护涂层，能够有效降低/延缓高温、冲击对战斗部内部装药的刺激，提高战斗部抗火烧、破片、殉爆等刺激的安全性。

Description

强约束不敏感侵彻爆破战斗部结构
技术领域
本发明涉及不敏感弹药技术领域，具体涉及一种强约束不敏感侵彻爆破战斗部结构。
背景技术
不敏感弹药(Insensitive Munitions，IM)是指弹药能可靠满足性能、战备、储存及使用要求，并对加热、撞击、弹药攻击等意外刺激时表现出良好的稳定性，不容易发生殉爆、燃烧转爆轰、爆轰等猛烈反应，可大幅度提高安全性的弹药。战斗部是弹药的核心做功部件或系统，弹药的不敏感性能主要由战斗部的不敏感性能决定，因此不敏感战斗部技术是不敏感弹药技术的核心。强约束不敏感侵彻爆破战斗部是指满足不敏感弹药要求，同时具有侵彻爆破毁伤硬目标能力的战斗部。侵彻爆破战斗部主要是针对钢筋混凝土和舰船等硬目标毁伤设计的，战斗部一般以较高的速度撞击目标，侵彻贯穿钢筋混凝土或舰船装甲板后，在目标内部爆炸，毁伤目标。由于在侵彻过程中战斗部会承受很高的载荷，要求战斗部结构不发生破坏、装药不发生点火而提前作用，因此战斗部壳体强度往往设计较高，对装药的约束也就较强。目前的侵彻爆破战斗部设计主要考虑对目标的高效毁伤和侵彻过程中装药的安定性，未考虑或未系统考虑战斗部在高温、火烧、枪击、高速破片、殉爆等意外刺激下的安全性，如某机载航空炸弹侵彻爆破战斗部，主要由高强度战斗部壳体、战斗部体接套、主装药、引信、装药孔堵盖等组成，其工作原理为战斗部高速撞击目标，侵彻到目标内部后引信作用，引爆主装药，驱动壳体向周围高速飞散，同时形成冲击波，对目标进行毁伤。但该侵彻爆破战斗部在高温、火烧、高速破片、殉爆等意外刺激下反应烈度高，有些考核项目的反应烈度达到了爆炸甚至爆轰。
原强约束侵彻爆破战斗部无法满足不敏感弹药在意外刺激下的安全技术要求，对我军的武器系统、人员和财产的安全存在较大的隐患，严重时会产生灾难性后果，甚至关乎战争的胜败。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种强约束不敏感侵彻爆破战斗部结构，能够在保证原战斗部侵彻能力和爆炸威力等性能不降低的前提下，实现战斗部的不敏感性能大幅度提升，满足不敏感弹药考核要求，解决侵彻爆破战斗部在高温、火烧、枪击、高速破片、殉爆等意外刺激下的安全性问题，可应用于我海、空军的反钢筋混凝土和舰船等硬目标武器弹药。
本发明提供了的强约束不敏感侵彻爆破战斗部结构，包括战斗部壳体、体接套、主装药、引信和装药孔堵盖，在战斗部壳体上设有泄压通孔以及与其配合的堵块；战斗部壳体的外表面涂有阻热涂层，内表面涂有隔热涂层和冲击防护涂层；所述堵块采用或包含有熔点为100℃-140℃的材料制成。
较优的，战斗部壳体泄压通孔均布在战斗部壳体的圆柱段，孔径为0.08-0.15倍弹径。
较优的，堵块与战斗部壳体泄压通孔螺纹连接。
较优的，体接套的侧壁上设有泄压通孔以及与其配合的堵块。
较优的，体接套的侧壁上的泄压通孔为方锥形，堵块与方锥形泄压通孔过盈配合。
较优的，所述堵块采用锡铋合金或聚醚醚酮制成。
较优的，所述装药孔堵盖采用或包含有熔点为100℃-140℃的材料制成。
较优的，所述阻热涂层采用最高可耐1200℃、导热系数为0.025-0.03W·(m·K)-1的纳米隔热涂料，阻热涂层厚度为1-2mm。
较优的，所述隔热涂层采用缓冲型、导热系数为0.05-0.07W·(m·K)-1的双组分硅橡胶隔热材料，隔热涂层厚度1-2mm；所述冲击防护涂层采用拉伸强度大于7MPa、撕裂强度大于13MPa、断裂伸长率大于624％的双组分硅橡胶材料，冲击防护涂层厚度1-3mm。
较优的，还包括缓冲垫和/或惰性密封层；所述缓冲垫位于战斗部壳体内部头部，起缓冲作用；所述惰性密封层位于主装药尾部和体接套之间，起密封和缓冲的作用。
有益效果：
本发明在战斗部壳体和体接套上开有泄压通孔，并用易熔的堵块或者含易熔材料的堵块结构封堵，能够在高温、火烧等意外情况下形成泄压通道，降低战斗部内部装药点火后燃烧增长速率，有效控制战斗部装药向爆炸、爆轰等高级别反应发展，从而减少或杜绝灾害性事故发生，同时，在战斗部壳体的外表面涂有阻热涂层，在战斗部壳体内表面涂有隔热和冲击防护涂层，能够有效降低/延缓高温、冲击对战斗部内部装药的刺激，提高战斗部抗火烧、破片、殉爆等刺激的安全性。
本发明对比已有技术，在不降低战斗部毁伤效果的情形下，能够大幅度衰减或减缓高温、火烧、高速破片、殉爆等对战斗部装药的意外刺激载荷，有效控制战斗部装药的反应烈度和灾害演变的发生，确保我军武器系统、人员和财产的安全，具有良好的经济和社会效益。
附图说明
图1为本发明战斗部结构示意图。其中图1(a)为战斗部结构纵剖图；图1(b)为涂层局部放大图；图1(c)为体接套泄压结构图；图1(d)为体接套泄压孔分布图。
其中，1-战斗部壳体，2-体接套，3-主装药，4-缓冲垫，5-引信，6-装药孔堵盖，7-泄压孔堵螺，8-泄压通道堵块，9-阻热涂层，10-隔热与冲击防护涂层，11-惰性密封层。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种强约束不敏感侵彻爆破战斗部结构，如图1所示，包括高强度战斗部壳体1、体接套2、主装药3、弹底引信5、装药孔堵盖6、泄压通孔及堵块、阻热涂层9，以及隔热与冲击防护涂层10。
其中，高强度战斗部壳体1用于装填主装药并承担侵彻过载；战斗部壳体1上开有多个泄压通孔，并由堵块封堵，所述堵块采用易熔材料(熔点为100℃-140℃的合金或非金属材料，如锡铋合金、聚醚醚酮与铝合金材料组合等)制成或包含有易熔材料。当弹体温度和压力达到设计值时，堵块的易熔材料熔化，并在内部压力作用下堵块结构破坏，在战斗部壳体1上形成通孔，释放内部装药反应产生的压力，控制反应烈度。其中，泄压通孔均布在战斗部壳体的圆柱段，本实施例中为12个，为圆形螺纹通孔，对应的堵块为泄压孔堵螺7，二者螺纹连接。泄压通孔的孔径为0.08-0.15倍弹径，以保证战斗部壳体在侵彻混凝土等硬目标时的结构强度。
阻热材料通过喷涂或刷涂的方法涂敷到战斗部壳体1外表面，固化后形成阻热涂层9，当发生火烧事故时，可延迟火焰热量进入战斗部壳体；阻热涂层9的材料采用最高可耐1200℃、导热系数为0.025-0.03W·(m·K)-1的、耐碰撞、耐磨擦的耐高温纳米隔热涂料，涂料主要由硅酸钠、硅酸铝、硅酸镁、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、三氧化二铝、氧化镁、三聚磷酸钠、有机硅等组成，涂层厚度一般1-2mm。
隔热与冲击防护涂层10通过喷涂的方法涂敷到战斗部壳体内表面，先涂隔热涂层，固化后再涂冲击防护涂层，固化后再进行装药。当发生火烧事故时，隔热涂层起到延缓热量进入主装药的作用，达到延后主装药点火的时间的效果；当枪击和破片撞击战斗部，或者周围弹药发生爆炸时，弹体内部隔热与冲击防护涂层通过阻抗失配和变形吸能方式起到衰减冲击载荷的作用，防止主装药发生起爆并成长至爆轰，或者发生殉爆爆轰的高烈度反应。
其中，隔热涂层可采用缓冲型、导热系数为0.05-0.07W·(m·K)-1的双组分硅橡胶隔热材料，如GXTI-1型缓冲隔热材料，涂层厚度1-2mm，起隔热和缓冲的作用。所述冲击防护涂层采用拉伸强度大于7MPa、撕裂强度大于13MPa、断裂伸长率大于624％的双组分硅橡胶材料，如HCSR-2型缓冲材料，涂层厚度1-3mm。上述两层材料共同组成弹体内部隔热与冲击防护涂层结构。
体接套2与战斗部壳体1尾部通过螺纹连接，用于封堵战斗部尾部，固定弹尾引信 5，保证侵彻过程中弹底引信不发生松动与脱落；体接套2与战斗部壳体1形成一个密闭整体结构，保证侵彻过程中战斗部结构完整。同样的，可以在体接套侧壁开有泄压通孔，并配有对应的易熔堵块。本实施例中，体接套侧壁上泄压通孔洞位于战斗部壳体内部空腔的尾部，为15mm×45mm-25mm×70mm，一般轴对称均匀设置。较佳的，体接套侧壁上泄压通孔可采用方锥形，防止堵块在侵彻过程中向外脱落，堵块与体接套侧壁的锥形泄压通孔过盈配合固定封堵。此外，体接套2上开有2个圆形注药孔，通过注药孔堵盖螺纹固定封堵。可以将注药孔堵盖对应注药孔的部分采用/含易熔材料制成。体接套上的易熔堵块和注药孔堵盖的易熔材料采用具有熔点为100℃-140℃的合金或非金属材料，如锡铋合金、聚醚醚酮。当体接套温度达到设计值时，易溶泄压通道堵块、注药孔堵盖上的易溶材料熔化，当内部压力也达到设计压力时，注药孔堵盖组合结构破坏，形成泄压通道，释放内部装药反应产生的压力，控制反应烈度。
主装药3通过熔铸或浇铸方式装填至战斗部壳体内部，战斗部侵彻到预定位置时，弹底引信起爆主装药，主装药发生爆轰并释放能量，对目标进行毁伤作用；
较佳的，还可以设置缓冲垫4，所述缓冲垫4通过硅橡胶粘接在战斗部壳体内部头部，在战斗部侵彻硬目标时对主装药起到缓冲作用，减小主装药承受的侵彻过载，提高战斗部装药的侵彻安定性；
较佳的，还可以设置惰性密封层11，所述惰性密封层11通过体接套上注药孔浇注于装药尾部和体接套之间，固化后起到密封和缓冲作用。
当战斗部正常打击目标时：战斗部以200m/s～450m/s着速撞击目标，对目标进行侵彻，战斗部壳体1、体接套2、主装药3、引信承受侵彻过载5，缓冲垫4、惰性密封层11共同衰减对主装药3的冲击载荷，战斗部达到预定位置后(通过引信计层或计时确定)，引信5作用起爆主装药3，战斗部输出爆炸冲击波和高速破片，对目标进行毁伤。由于带泄压孔弹体壳体和体接套结构仍然满足侵彻过程的强度要求，因此不影响战斗部的侵彻性能，而爆炸毁伤威力主要由装药的爆轰性能和装填系数决定，内外涂层的质量占总质量不到1％，内涂层占空间体积带来的装药空腔的减少，可通过提高装药密度和能量的方式弥补，因此泄压孔、涂层等不会影响弹的毁伤结果。
当战斗部受到意外高温或火烧事故时，阻热涂层9首先对火焰热量进行阻隔，延缓战斗部壳体1温升，隔热与冲击防护涂层10延缓热量进入主装药3，确保主装药3在5分钟内不发生点火反应；随着战斗部壳体1和体接套2温度至升高至130度，装药孔堵盖6、泄压孔堵螺7和泄压通道堵块8的易熔材料熔化，在内部压力的作用下形成泄压孔或通道，控制战斗部反应烈度不大于爆燃。
当战斗部受到意外破片或发生殉爆事故时，破片与冲击波撞击战斗部壳体1，在战斗部壳体1上形成向内部传播的冲击波，隔热与冲击防护涂层10通过阻抗适配和变形吸能衰减冲击波压力，使传入到主装药3的冲击载荷强度不足以起爆主装药3，防止形成爆炸、爆轰反应而产生灾难性后果。
采用本发明的1.3mm厚内隔热涂层材料、1.0mm厚外阻热涂层的装药弹体(弹体材料为45#钢，外径150mm，壳体壁厚10mm)在标准火烧试验条件下，历时5分29秒才发生点火反应，满足不敏感弹药5分钟不反应的要求；而不采用隔热、阻热涂层材料，弹体历时1分10秒即发生点火反应。开展小型模拟装药弹(弹体材料为45#钢，外径60mm，壳体壁厚6mm)慢烤试验，采用加热套加热弹体，升温速率为1℃/min，带泄压孔(直径3mm，2个)的装药弹体最终反应烈度为燃烧，而不带泄压孔的装药弹体最反应烈度为爆燃。进行了高速破片撞击装药弹体的数值仿真，壳体厚度30mm，壳体与装药之间涂层厚度2mm，重型破片质量250g，结果表明带缓冲层的破片临界起爆速度为2200m/s-2300m/s，而不带缓冲层的破片临界起爆速度为2000m/s-2100m/s。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种强约束不敏感侵彻爆破战斗部结构，包括战斗部壳体(1)、体接套(2)、主装药(3)、引信(5)和装药孔堵盖(6)，其特征在于，在战斗部壳体(1)上设有泄压通孔以及与其配合的堵块；战斗部壳体(2)的外表面涂有阻热涂层，内表面涂有隔热涂层和冲击防护涂层；所述堵块采用或包含有熔点为100℃-140℃的材料制成。
2.如权利要求1所述的强约束不敏感侵彻爆破战斗部结构，其特征在于，战斗部壳体泄压通孔均布在战斗部壳体(1)的圆柱段，孔径为0.08-0.15倍弹径。
3.如权利要求2所述的强约束不敏感侵彻爆破战斗部结构，其特征在于，堵块与战斗部壳体泄压通孔螺纹连接。
4.如权利要求1所述的强约束不敏感侵彻爆破战斗部结构，其特征在于，体接套(2)的侧壁上设有泄压通孔以及与其配合的堵块。
5.如权利要求4所述的强约束不敏感侵彻爆破战斗部结构，其特征在于，体接套(2)的侧壁上的泄压通孔为方锥形，堵块与方锥形泄压通孔过盈配合。
6.如权利要求1～5任意一项所述的强约束不敏感侵彻爆破战斗部结构，其特征在于，所述堵块采用锡铋合金或聚醚醚酮制成。
7.如权利要求1所述的强约束不敏感侵彻爆破战斗部结构，其特征在于，所述装药孔堵盖(6)采用或包含有熔点为100℃-140℃的材料制成。
8.如权利要求1所述的强约束不敏感侵彻爆破战斗部结构，其特征在于，所述阻热涂层采用最高可耐1200℃、导热系数为0.025-0.03W·(m·K)-1的纳米隔热涂料，阻热涂层厚度为1-2mm。
9.如权利要求1所述的强约束不敏感侵彻爆破战斗部结构，其特征在于，所述隔热涂层采用缓冲型、导热系数为0.05-0.07W·(m·K)-1的双组分硅橡胶隔热材料，隔热涂层厚度1-2mm；所述冲击防护涂层采用拉伸强度大于7MPa、撕裂强度大于13MPa、断裂伸长率大于624％的双组分硅橡胶材料，冲击防护涂层厚度1-3mm。
10.如权利要求1所述的强约束不敏感侵彻爆破战斗部结构，其特征在于，还包括缓冲垫(4)和/或惰性密封层(11)；所述缓冲垫(4)位于战斗部壳体内部头部，起缓冲作用；所述惰性密封层(11)位于主装药尾部和体接套之间，起密封和缓冲的作用。
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