CN113513949A - 一种可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构。在低爆速装药作用下和球缺形结构控制下，本发明的活性药型罩形成尾随爆炸成型弹丸EFP，该尾随可爆活性EFP在成型过程中也被激活，在宏观飞行的同时发生剧烈的化学反应；同时，在高爆速装药作用下和“圆锥+圆台”结构控制下，本发明的金属药型罩形成高速的前驱金属杆流，尾随可爆活性EFP前方飞行，从而形成前驱金属杆流和尾随可爆活性EFP组成的串联侵爆侵彻体。这样，前驱金属杆流先利用动能对目标进行侵彻并形成预穿孔，尾随可爆活性EFP随进至目标内部，继而利用尾随可爆活性EFP在目标内部发生剧烈的爆燃反应，造成后效毁伤增强效应，从而兼顾侵彻深度与后效作用。

Description

一种可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构

技术领域

本发明涉及聚能装药技术领域，具体涉及一种可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构。

背景技术

在未来地面战争中，以防护工事、飞机掩体为代表的混凝土/钢筋混凝土防护型硬目标将发挥着越来越重要的作用，能否有效地毁伤这类防护型硬目标是取得战争主动权的关键。更为重要的是，对混凝土/钢筋混凝土防护型硬目标的打击，其根本目标并非仅仅是穿透混凝土/钢筋混凝土防护，而是要对目标内部的设备和人员进行高效的后效毁伤。

当前，攻坚弹是对付混凝土/钢筋混凝土防护型硬目标的主要装备。传统上，攻坚弹为两级串联结构，如图1所示，主要包括主级聚能战斗部、主级引信、隔爆装置、随进杀爆子弹、子弹引信等。这种串联结构的前级战斗部一般使用惰性金属药型罩聚能装药，利用形成的金属射流穿透混凝土/钢筋混凝土防护，在混凝土/钢筋混凝土上形成预穿孔，随后，随进杀爆子弹由预穿孔进入目标内部，通过其爆炸在靶后形成碎片云和爆炸超压，实现对靶后设备和人员目标的杀伤。

然而，随着弹药技术的发展，上述传统攻坚弹面临着一些技术难题，主要表现在：(1)难以适应弹药小型化发展。由于传统攻坚弹采用两级串联结构，造成其关键部件较多，如主级聚能战斗部、主级引信、隔爆装置、随进杀爆子弹、子弹引信等必不可少，对弹药小型化带来了技术挑战。(2)传统两级串联结构的攻坚弹结构十分复杂，设计过程需要考虑前后两级隔爆、前后两级引信配合等关键技术。(3)目标打击种类十分有限。现代战场目标种类繁多，这就要求一种弹药应尽可能兼顾多目标打击能力。传统攻坚弹反混凝土/钢筋混凝土靶标时，能产生较好的后效毁伤效果，但用于反装甲时，传统攻坚弹的主级聚能战斗部在钢靶上形成的穿孔很小，随进杀爆子弹根本无法随入到装甲内部，无法实现高效后效毁伤。

与此同时，近十多年来，活性药型罩技术受到了国内外专家广泛的关注和大力研究。用于聚能弹药技术，活性药型罩在装药爆炸驱动下形成的活性射流具有双重属性，活性射流首先具有动能效应，能够利用自身的高速度对目标进行侵彻，更为重要的是，活性射流在爆炸驱动下被激活，自身还能够发生剧烈的爆燃反应，这样，活性射流就能够首先利用自身动能穿透混凝土/钢筋混凝土防护，进入目标内部后利用自身剧烈的爆燃反应，释放大量化学能和气体产物，从而大幅提升对混凝土/钢筋混凝土靶后目标的毁伤效应。然而，活性药型罩技术也面临一个瓶颈性难题，活性药型罩是由含能复合材料制备而成的，其密度、强度和延展性均不够理想，造成相应的活性射流虽能够产生强爆燃后效，但侵彻能力严重不足。具体来说，活性药型罩聚能装药仅适用于小着角下打击较薄的混凝土/钢筋混凝土靶，当着角偏大、或混凝土/钢筋混凝土靶较厚时，活性药型罩聚能装药将无法穿透混凝土/钢筋混凝土靶，这制约了活性药型罩在攻坚类聚能战斗部上的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构，通过结构合理设计和装药匹配，得到一种较为简单的、基于穿爆时序的聚能装药结构，可同时兼顾大侵深和强后效毁伤目的，并实现多种类目标打击。

本发明的单级式聚能装药结构包括：起爆机构、壳体、低爆速装药、传爆药柱、高爆速装药、活性药型罩和金属药型罩。其中，低爆速装药为圆柱形，一端与起爆机构紧密贴合，另一端设有球缺形凹槽；活性药型罩为球缺形，其外凸面与低爆速装药凹槽紧密贴合。传爆药柱为圆管形，两端分别与低爆速装药、高爆速装药紧密贴合；高爆速装药为圆柱形，其远离传爆药柱的一端设有与金属药型罩外形相配合的凹槽；金属药型罩分为中空圆锥和中空圆台两段，其中，圆锥锥角朝向传爆药柱，圆台的上底面和圆锥的底面自然过渡，圆台的锥角大于圆锥锥角；金属药型罩外表面与高爆速装药凹槽紧密贴合；壳体为阶梯圆管状，低爆速装药、高爆速装药和传爆药柱均同轴装填在壳体大端内，且低爆速装药的平面端与壳体内底面紧密贴合，高爆速装药凹面端通过金属药型罩由压螺压紧；壳体小端设起爆机构，用于起爆低爆速装药。

其中，所述低爆速装药一般采用低爆速高能炸药注装而成，其爆速一般在5000m/s～7000m/s范围内，药柱长径比约为0.4～0.8之间，通过起爆机构单点中心起爆。低爆速装药对活性药型罩加速能力相对较弱，可以保证活性药型罩形成速度相对较低的爆炸成型弹丸。

所述传爆药柱一般采用高爆速高能炸药通过模具压装而成，其爆速一般在8000m/s以上，该传爆药柱厚度约为其外径的15％～25％，由低爆速装药引爆。

所述高爆速装药一般采用高爆速高能炸药通过模具压装而成，其爆速一般在8000m/s以上，药柱长径比约为1.0～1.3之间，通过传爆药柱引爆。高爆速装药对药型罩加速能力强，可以保证金属药型罩形成速度高的杆式射流。

所述活性药型罩由活性材料经压制、烧结而成。其中，活性材料是以高分子聚合物(如PTFE)粉体为基体，通过在其中填充一定量的含能金属粉体(如金属、合金、金属间化合物等)构成的活性含能混合物，常用的有PTFE/Ti、PTFE/Al、PTFE/Al/W、PTFE/Cu等混合粉末材料。从形状上讲，所述活性药型罩3应为球缺形，以确保其形成速度相对较低的爆炸成型弹丸，活性药型罩3可以是等壁厚的、也可以是由轴向到两侧逐渐变薄的月牙形。

所述金属药型罩采用高密度惰性金属材料，如铜、钨、铁、钨铜合金等制成。金属药型罩圆台的锥角比圆锥的锥角大10°到20°范围内。从形状上讲，金属药型罩所使用的圆锥、圆台复合结构能保证其形成速度较高的杆式射流。

所述壳体采用低密度金属材料或高分子非金属材料制成。壳体一方面用于固定和保护起爆机构、低爆速装药、高爆速装药、活性药型罩以及金属药型罩，另一方面用于提高低爆速装药、高爆速装药的能量利用率。

采用压螺将高爆速装药压紧在壳体内，所述压螺为圆环结构，一般采用45号钢制成，用于固定单级式聚能装药结构，防止低爆速装药、高爆速装药、传爆药柱、活性药型罩以及金属药型罩从壳体大端滑落。

该单级式聚能装药结构能产生类串联战斗部效果，形成前驱金属杆流和尾随可爆活性EFP，兼顾对目标的穿深和后效毁伤。

有益效果：

(1)在低爆速装药作用下和球缺形结构控制下，本发明的活性药型罩形成尾随爆炸成型弹丸(EFP,Explosively formed projectile)，该尾随可爆活性EFP在宏观上首先具有约500～1500m/s的飞行速度，同时该尾随可爆活性EFP在成型过程中也被激活，在宏观飞行的同时发生剧烈的化学反应。在高爆速装药作用下和“圆锥+圆台”结构控制下，本发明的金属药型罩形成高速的前驱金属杆流，前驱金属杆流速度约在5000m/s～6000m/s范围内，为此，虽然金属药型罩略晚受到爆轰波和爆轰产物的作用，但仍在尾随可爆活性EFP前方飞行，这就形成了前驱金属杆流和尾随可爆活性EFP组成的串联侵爆侵彻体。这样，前驱金属杆流先利用动能对目标进行侵彻并形成预穿孔，尾随可爆活性EFP随进至目标内部，继而利用尾随可爆活性EFP在目标内部发生剧烈的爆燃反应，造成后效毁伤增强效应，从而兼顾侵彻深度与后效作用。

(2)本发明结构简单，可靠性、稳定性以及适配性好；特别是本发明无需隔爆装置，且仅使用一个引信，大幅降低了弹药系统的复杂性。

(3)本发明不仅在打击混凝土/钢筋混凝土防护型硬目标时能够产生强后效毁伤，更为重要的是，在反装甲类目标时，尾随可爆活性EFP也可以通过前驱金属杆流形成的预穿孔进入装甲内部，产生强后效毁伤。

(4)通过调整低爆速装药、传爆药柱、高爆速装药相互尺寸和爆速，可以控制前驱金属杆流和尾随可爆活性EFP的速度差，使得本发明具有较大的灵活性，能够广泛应用于各类反混凝土和反装甲聚能弹药。

附图说明

图1为传统的串联型攻坚战斗部的结构示意图。

图2为本发明聚能装药结构的结构示意图。

图3为本发明中壳体结构的示意图。

图4为本发明中活性药型罩的结构示意图。

图5为本发明中金属药型罩的结构示意图。

图6为本发明中低爆速装药的结构示意图。

图7为本发明中高爆速装药的结构示意图。

图8为本发明中传爆药柱的结构示意图。

图9为本发明形成的前驱金属杆流和尾随可爆活性EFP示意图。

图10为本发明中形成的前驱金属杆流和尾随可爆活性EFP对目标侵彻与后效毁伤示意图。

其中，1-起爆机构，2-低爆速装药，3-活性药型罩，4-传爆药柱，5-壳体，6-高爆速装药，7-金属药型罩，8-压螺。

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。

本发明提供了一种可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构，是一种单级式聚能装药结构，能够通过聚能作用形成一个高速前驱金属杆流在前、尾随可爆活性EFP在后的串联侵爆侵彻体，从而兼顾侵彻深度与侵彻后效，实现对混凝土/钢筋混凝土防护型硬目标的穿爆联合毁伤。

如图2所示，本发明单级式聚能装药结构包括：起爆机构1，低爆速装药2，活性药型罩3，传爆药柱4，壳体5，高爆速装药6，金属药型罩7和压螺8。

如图3所示，壳体5为两端开口的阶梯圆管状；起爆机构1同轴装填在壳体5小端内部，且外表面与壳体内表面紧密贴合；起爆机构1的一端与低爆速装药2的平面端紧密贴合，用于起爆低爆速装药2；低爆速装药2的凹槽与活性药型罩3外凸面紧密贴合；传爆药柱4两端分别与低爆速装药2以及高爆速装药6紧密贴合，金属药型罩7外表面与高爆速装药6凹槽紧密贴合，高爆速装药6凹面端通过金属药型罩7由压螺8压紧；低爆速装药2、高爆速装药6以及传爆药柱4均装填在壳体2的大端内，且外表面与壳体2内表面紧密贴合；起爆机构1、低爆速装药2、活性药型罩3、传爆药柱4、高爆速装药6、金属药型罩7和压螺8均与壳体5同轴。

如图3所示，壳体5采用具有一定强度的LY12硬铝，使炸药爆炸释放能量能充分作用于活性药型罩和金属药型罩，提高前驱金属杆流与尾随可爆活性EFP速度，增强对目标的毁伤效应。所述壳体5为阶梯圆管状，大端外径为90mm，壁厚为5mm，小端外径为30mm，壁厚为2mm。

如图4所示，活性药型罩3采用冷压成型和高温烧结制备工艺制备而成，其材料为高分子聚合物PTFE粉体与金属铝粉体、钨粉体混合而成的活性材料(其为含能复合材料)，其中PTFE粉体与金属铝粉体、钨粉体质量分数分别为44.1％、15.9％、40％。从形状上讲，所述活性药型罩3是等壁厚的，其曲率半径为40mm，壁厚为8mm。

如图5所示，金属药型罩7采用延展性好，密度高，较为经济的紫铜材料。所述金属药型罩大锥角70°，小锥角55°，该金属药型罩为等壁厚罩，厚度1.5mm，上锥段与下锥段高度比为1，开口端底面外径为65mm。

如图6所示，低爆速装药2采用成熟可靠的注装工艺，其材料采用TNT炸药(其为低爆速高能炸药)，注装密度为1.62g/cm³，爆速为6875m/s。所述低爆速装药2为圆柱形，一端有球缺形凹坑，该低爆速装药药柱直径为80mm，长径比为0.5。

如图7所示，高爆速装药6采用成熟可靠的压装工艺压装成形，其材料采用8701炸药(其为高爆速高能炸药)，压药密度为1.70g/cm³，爆速为8315m/s。所述高爆速装药6为圆柱形，一端有双锥形凹坑，该高爆速装药药柱直径为80mm，长径比为1.2。

如图8所示，传爆药柱4采用高爆速高能炸药通过模具压装成所述结构，其材料采用PBXN-5炸药(其为塑性粘结炸药)，压药密度为1.83g/cm³，爆速为8600m/s。所述传爆药柱4为圆管形，外径为80mm，内径为55mm，长径比为0.35。

该单级式聚能装药结构的工作原理为：单级式聚能装药结构在距离目标一定炸高起爆后，起爆机构引爆低爆速装药2。如图9所示，在低爆速装药聚能作用下，活性药型罩3形成尾随可爆活性EFP，并具有一定的速度(约960m/s),与此同时，爆轰波通过传爆药柱4引爆高爆速装药6，在高爆速装药聚能作用下，金属药型罩7形成高速前驱金属杆流(速度约5800m/s)，为此，虽然金属药型罩略晚受到爆轰波和爆轰产物的作用，但仍在尾随可爆活性EFP前方飞行，由此形成高速前驱金属杆流在前、尾随可爆活性EFP在后的串联侵爆侵彻体。如图10所示，前驱金属杆流利用动能进行侵彻，在钢筋混凝土上形成穿孔，然后，尾随可爆活性EFP通过前驱金属杆流造成的侵孔随进至目标内部，在目标内部发生剧烈的爆燃反应，释放大量化学能和气体产物，提高对目标内部的毁伤效应。在本实施例中，串联侵爆侵彻体穿透了800mm厚钢筋混凝土，随入15m³密闭空间内形成的平均超压为0.11MPa。

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 (14)

1.一种可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构，其特征在于，包括：起爆机构(1)、低爆速装药(2)、活性药型罩(3)、传爆药柱(4)、高爆速装药(6)、金属药型罩(7)和壳体(5)；

其中，起爆机构(1)、低爆速装药(2)、传爆药柱(4)、高爆速装药(6)依次串联，同轴安装在壳体(5)内；低爆速装药(2)靠近传爆药柱(4)的一端设有与活性药型罩(3)相匹配的凹槽；所述活性药型罩(3)为球缺形，安装在低爆速装药的凹槽内；高爆速装药(6)远离传爆药柱(4)的一端设有与金属药型罩(7)相匹配的凹槽；所述金属药型罩(7)分为圆锥和圆台两段，其中圆锥锥角朝向传爆药柱(4)，圆台的上底面与圆锥的底面自然过渡；金属药型罩7安装在高爆速装药(6)的凹槽内；

壳体包裹在起爆机构(1)、低爆速装药(2)、传爆药柱(4)、高爆速装药(6)的外表面。

2.如权利要求1所述的可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构，其特征在于，还包括压螺(8)，所述金属药型罩(7)和高爆速装药(6)由压螺(8)压紧。

3.如权利要求1所述的可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构，其特征在于，所述低爆速装药(2)的爆速为5000m/s～7000m/s；传爆药柱(4)和高爆速装药(6)的爆速为8000m/s以上。

4.如权利要求1或3所述的可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构，其特征在于，所述低爆速装药(2)为圆柱形，长径比为0.4～0.8之间。

5.如权利要求1或3所述的可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构，其特征在于，所述传爆药柱(4)为圆管形，传爆药柱(4)的厚度为其外径的15％～25％。

6.如权利要求1或3所述的可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构，其特征在于，所述高爆速装药(6)为圆柱形，长径比为1.0～1.3之间。

7.如权利要求1所述的可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构，其特征在于，所述活性药型罩(7)由活性材料经压制、烧结而成；所述活性材料是以高分子聚合物粉体为基体，填充一定量的含能金属粉体构成的活性含能混合物。

8.如权利要求7所述的可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构，其特征在于，所述活性药型罩(7)采用PTFE/Ti、PTFE/Al、PTFE/Al/W或PTFE/Cu混合粉末材料制备而成。

9.如权利要求1、7或8所述的可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构，其特征在于，所述活性药型罩(7)为等壁厚结构，或者为由轴向到两侧逐渐变薄的月牙形结构。

10.如权利要求1所述的可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构，其特征在于，所述金属药型罩(7)采用高密度惰性金属材料制成。

11.如权利要求1所述的可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构，其特征在于，所述金属药型罩(7)采用铜、钨、铁或钨铜合金制成。

12.如权利要求1、10或11所述的可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构，其特征在于，所述金属药型罩(7)的圆台锥角比圆锥锥角大10°到20°。

13.如权利要求1所述的可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构，其特征在于，所述壳体(5)采用低密度金属材料或高分子非金属材料制成。

14.如权利要求13所述的可形成穿爆时序联合作用的单级式聚能装药结构，其特征在于，壳体(2)采用铝或尼龙制成。

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