CN113532203A - 一种可形成全向分布式复合活性射弹的聚能装药结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可形成全向分布式复合活性射弹的聚能装药结构。本发明充分利用炸药柱的爆炸能量，通过在炸药柱两端面和侧面设置不同曲率的活性复合药型罩，利用曲率的不同控制复合活性射弹的速率，从而在全向形成分布式复合活性射弹，可确保复合活性射弹有效撞击目标。同时，本发明采用活性复合药型罩，在炸药柱的爆轰作用下，发生向前闭合成型，形成的复合活性射弹不仅能够利用自身动能实现对轻中型装甲的有效侵彻与贯穿，其内部包覆的活性材料还能在轻中型装甲后发生爆炸反应，释放化学能和气体产物，从而显著增强对装甲后设备、人员目标的毁伤威力。

Description

一种可形成全向分布式复合活性射弹的聚能装药结构

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全向分布式复合活性射弹的聚能装药结构。

背景技术

武装直升机、战斗机、地面装甲运兵车等在当代局部战争中发挥着越来越重要的作用。这些目标所共有的特性，便是具有轻型、甚至中型装甲防护，具备一定的战场生存力。与此同时，反轻中型装甲类目标的杀爆类和聚能类战斗部技术均存在一些不足。特别是传统战斗部使用惰性金属毁伤元，其单一的动能毁伤机理严重制约了战斗部威力的提升。

传统杀爆类战斗部，一般使用炸药驱动圆柱形或球形惰性金属破片，利用惰性金属破片的动能实现对轻中型装甲的机械贯穿。传统杀爆类战斗部这种毁伤模式，对付轻中型装甲类目标，能够取得一定的效果。但是，惰性金属破片质量小、毁伤模式单一，依靠动能穿透防护装甲，形成的穿孔很小，更为重要的是，穿靶过程中惰性金属破片自身发生严重变形和碎裂，且穿靶后的剩余速度很低，对轻中型装甲类目标的后效毁伤几乎没有。

再看传统聚能类战斗部，这类战斗部在装药凹槽内表面衬有金属药型罩，装药爆炸后，装药能量以定向方式传递给金属药型罩，导致金属药型罩形成一个具有很强侵彻能力的聚能金属侵彻体。由此可见，传统聚能类战斗部形成的惰性的聚能金属侵彻体具有很强的侵彻能力，对付轻中型装甲类目标，能够取得一定的效果。但是，传统聚能类战斗部形成的惰性聚能金属侵彻体也只能利用单一动能毁伤机理实现对轻中型装甲的机械贯穿，后效毁伤威力亦有所不足。另一个问题，传统聚能类战斗部，仅在圆柱形装药的一个端面处具有凹槽并内衬金属药型罩，导致其形成的聚能金属侵彻体仅能在单一方向产生局部侵彻毁伤效应。然而，实际作战中，瞬态弹目交会十分复杂，可能导致传统聚能类战斗部产生的单一方向聚能金属侵彻体无法击中目标。或者说，只有为传统聚能类战斗部配备高精度制导和控制系统，才能确保聚能金属侵彻体击中目标，这显著增加了武器系统技术难度和成本。

由此可见，针对反轻中型装甲类目标，还缺乏一种既保证侵彻、后效毁伤威力，又能够在全向产生有效毁伤元的战斗部装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可形成全向分布式复合活性射弹的聚能装药结构，能够在全向产生复合活性射弹，这种复合活性射弹具有较高的质量和速度，能够利用动能实现对轻中型装甲目标的侵彻贯穿，还能利用内部所包覆的活性材料爆炸效应，对靶后目标产生后效毁伤增强效应。

本发明的可形成全向分布式复合活性射弹的聚能装药结构，包括：起爆机构、传爆药管、起爆药、炸药柱、壳体以及不同曲率的活性复合药型罩。

其中，炸药柱整体为圆柱形结构，其侧面和两端底面上均预留有与活性复合药型罩外表面相匹配的凹槽。炸药柱一端预留大长径比的圆柱孔洞，圆柱孔洞内由内到外分别装填起爆药和传爆药管；壳体为轴状阶梯圆管，两端分别开孔，炸药柱同轴装填在壳体大端的内部空腔中，炸药柱预留有圆柱孔洞的端面与壳体内底面紧密贴合，炸药柱另一端通过压螺压紧；壳体小端内设有圆柱形起爆机构，用于引燃传爆药管和起爆药，进而引爆炸药柱。

其中，活性复合药型罩为球缺形，均布在炸药柱的两端及侧面，与炸药柱上的凹槽紧密贴合；活性复合药型罩具有不同的曲率，分别安装在炸药柱的不同位置，其中，距离炸药柱起爆点距离越远，活性复合药型罩的曲率越小。利用活性复合药型罩曲率越小，形成的复合活性射弹速度越高的特点，通过这种排布方式可以保障各复合活性射弹基本在同一时间撞击和毁伤目标。在结构上，所有活性复合药型罩均由等壁厚球缺活性药型罩和变壁厚金属药型罩两部分组成，且活性药型罩完全嵌入金属药型罩内部，这种结构设计可以确保复合活性射弹内包覆较多的活性材料。活性药型罩由含能混合粉体经冷压、烧结工艺制作而成，其曲率半径与自身直径间的比值在1.0～3.0之间，厚度与自身直径间的比值在0.04～0.20之间。金属药型罩的材料应具有高密度、高延展性等特点，可选择铜、钽、钛等金属材料，金属药型罩整体外廓呈月牙形，其外表面曲率半径与自身直径间的比值在0.5～1.0之间，内表面曲率半径与自身直径间的比值在0.7～1.7之间。从金属药型罩内表面处，预留一缺口，缺口形状与深度应保证活性药型罩正好嵌入其内，且紧密配合。

所述活性复合药型罩，在炸药柱爆轰作用下，发生向前闭合的成型模式，并形成由外部金属材料包裹内部活性材料的复合活性射弹。这种设计具有较强的灵活性，通过改变等壁厚球缺活性药型罩和变壁厚金属药型罩两者间的罩直径之比，可以调整复合活性射弹的外部金属材料和所包覆内部活性材料的质量比，也可以调整复合活性射弹的飞行速度，从而实现侵彻威力和爆炸威力的可调控设计。

进一步地，所述炸药柱材料可采用高能注装炸药，例如复合B炸药、TNT等。

进一步地，所述壳体材料可选用尼龙、聚乙烯、铝合金等低密度惰性材料。

进一步地，所述压螺可采用高密度金属材料，一般为钢。

进一步地，所述传爆药管为轴状圆管，材料为紫铜，内部装填传爆药。

进一步地，所述起爆药安装于炸药柱预留圆柱孔洞的最深处，并与炸药柱紧密贴合，起爆药直径应与传爆药管外径相一致，起爆药材料可选雷汞、叠氮化铅、二硝基重氮酚等。炸药柱采用中心点起爆方式。

有益效果：

(1)本发明充分利用炸药柱的爆炸能量，通过在炸药柱两端面和侧面设置不同曲率的活性复合药型罩，利用曲率的不同控制复合活性射弹的速率，从而在全向形成分布式复合活性射弹，可确保复合活性射弹有效撞击目标。同时，本发明采用活性复合药型罩，在炸药柱的爆轰作用下，发生向前闭合成型，形成的复合活性射弹不仅能够利用自身动能实现对轻中型装甲的有效侵彻与贯穿，其内部包覆的活性材料还能在轻中型装甲后发生爆炸反应，释放化学能和气体产物，从而显著增强对装甲后设备、人员目标的毁伤威力。

(2)本发明设计的聚能装药结构简洁、加工工艺性好，经济成本低。

附图说明

图1为本发明聚能装药结构的结构示意图。

图2为本发明中大曲率活性复合药型罩的结构示意图。

图3为本发明中中曲率活性复合药型罩的结构示意图。

图4为本发明中小曲率活性复合药型罩的结构示意图。

图5为本发明中炸药柱的结构示意图。

图6为本发明中聚能装药结构形成全向复合活性射弹示意图。

图7为本发明中聚能装药结构爆炸驱动形成的典型复合活性射弹示意图。

图8为本发明中复合活性射弹作用轻中型装甲钢形成的侵孔和爆炸效应示意图。其中，(a)复合活性射弹侵彻前(b)复合活性射弹侵彻装甲目标(c)复合活性射弹在装甲内产生内爆效应。

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全向分布式复合活性射弹的聚能装药结构，能够充分利用炸药爆炸能量，在全向形成复合活性射弹，且该复合活性射弹能够利用动能侵彻和化学能爆炸耦合作用，实现对轻中型装甲贯穿的同时，在装甲后形成爆炸超压，从而有效提高聚能装药结构对轻中型装甲类目标的毁伤效应。

如图1所示，本发明聚能装药结构包括：起爆机构1、传爆药管2、起爆药3、炸药柱4、大曲率活性复合药型罩5、中曲率活性复合药型罩6、小曲率活性复合药型罩7、壳体8和压螺9。

其中，本实施例中，活性复合药型罩包括大、中、小三种曲率的活性复合药型罩；其中，大曲率活性复合药型罩5形成的复合活性射弹速度最低，布置在炸药柱4侧面距离起爆点最近的位置(起爆点正上方和正下方)；中曲率活性复合药型罩6形成的复合活性射弹速度居中，布置在炸药柱4侧面距离起爆点较远的位置(起爆点斜上方和斜下方四个角处)；小曲率活性复合药型罩7形成的复合活性射弹速度最高，布置在距离起爆点最远的位置(炸药柱4的两端面)。

如图5所示，炸药柱4采用成熟可靠的注装工艺注塑而成，其材料采用Comp-B炸药(TNT和RDX的质量比为1)，炸药密度为1.64g/cm³，装药直径为110mm，装药高度为150mm。壳体8采用低密度高分子聚乙烯塑料，壳体厚度为3mm。

如图2所示，大曲率活性复合药型罩5由等壁厚球缺活性药型罩嵌入变壁厚金属药型罩构成：其中，等壁厚球缺活性药型罩由PTFE/Ta含能混合粉体经冷压、烧结工艺制成而成，该等壁厚球缺活性药型罩直径为28.5mm，曲率半径为71.5mm，厚度为4mm；变壁厚金属药型罩，采用密度大、延展性好的紫铜材料，变壁厚金属药型罩直径为47.5mm，外凸面曲率半径为38mm，内凹面曲率半径为71.5mm。

如图3所示，中曲率活性复合药型罩6由等壁厚球缺活性药型罩嵌入变壁厚金属药型罩构成：其中，等壁厚球缺活性药型罩由PTFE/Ta含能混合粉体经冷压、烧结工艺制成而成，该等壁厚球缺活性药型罩直径为28.5mm，曲率半径为52.3mm，厚度为4mm；变壁厚金属药型罩，采用密度大、延展性好的紫铜材料，变壁厚金属药型罩直径为47.5mm，外凸面曲率半径为33.25mm，内凹面曲率半径为52.3mm。

如图4所示，小曲率活性复合药型罩7由等壁厚球缺活性药型罩嵌入变壁厚金属药型罩构成：其中，等壁厚球缺活性药型罩由PTFE/Ta含能混合粉体经冷压、烧结工艺制成而成，该等壁厚球缺活性药型罩直径为28.5mm，曲率半径为37.5mm，厚度为4mm；变壁厚金属药型罩，采用密度大、延展性好的紫铜材料，变壁厚金属药型罩直径为47.5mm，外凸面曲率半径为28.5mm，内凹面曲率半径为37.5mm。

本实施例中，压螺材料采用钢，压螺外径110mm，内径104mm，厚度5mm；起爆药装药直径为10mm，装药高度为20mm，材料为叠氮化铅；传爆药管长75mm，外径10mm，壁厚2mm，材料为紫铜，内部装填有传爆药。

该聚能装药结构的工作原理为：起爆机构通过电起爆或其他方式起爆传爆药管的传爆药，传爆药进而引爆起爆药，起爆药爆炸后产生的高压爆轰波和高温爆轰产物直接作用炸药柱，进而引爆炸药柱。各个位置的活性复合药型罩受到炸药柱产生的爆轰波和爆轰产物的耦合作用，活性复合药型罩被压垮，其底部厚度小，质量小，压垮速度高，沿轴线运动速度高，向前闭合，从而形成包覆式的复合活性射弹。同时，在成型过程中，PTFE/Ta活性材料被激活并开始发生化学反应。最终形成的高速复合活性射弹群覆盖以聚能装药结构为中心的各个方向，如图6所示。一个典型的复合活性射弹如图7所示。在毁伤目标时，以单个复合活性射弹为例(图8)，首先利用金属前部侵彻和贯穿靶板，在靶板上形成预穿孔，随后被包覆的活性材料通过预穿孔流入目标内部，利用爆炸反应释放的化学能和气体产物，大幅提高对装甲内部人员的高效毁伤。在本实施例中，单个复合活性射弹击中体积2m³，壁厚20mm的钢制容器时，在钢壁上形成的穿孔约18.3mm，内部超压约0.18MPa。

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 (9)

1.一种可形成全向分布式复合活性射弹的聚能装药结构，其特征在于，包括：起爆机构(1)、传爆药管(2)、起爆药(3)、炸药柱(4)、活性复合药型罩和壳体(8)；

其中，炸药柱(4)为圆柱形，两端和侧面均设有与活性复合药型罩外表面相配合的凹槽；起爆机构1位于炸药柱(4)的一端，通过传爆药管(2)引燃起爆药(3)进而引爆炸药柱(4)；活性复合药型罩为月牙形，且活性复合药型罩的曲率随着与炸药柱(4)起爆点的距离的增加而减小；

活性复合药型罩由月牙形金属药型罩和镶嵌在金属药型罩内的等壁厚活性药型罩组成；

所述壳体(8)包裹在起爆机构(1)和炸药柱(4)外。

2.如权利要求1所述的可形成全向分布式复合活性射弹的聚能装药结构，其特征在于，所述活性复合药型罩包括大、中、小三种曲率的活性复合药型罩，其中，大曲率活性复合药型罩(5)布置在炸药柱(4)侧面，位于炸药柱(4)起爆点正上方和正下方；中曲率活性复合药型罩(6)布置在炸药柱(4)侧面，位于炸药柱(4)起爆点斜上方和斜下方的四个角；小曲率活性复合药型罩(7)布置在炸药柱(4)的两端面。

3.如权利要求1所述的可形成全向分布式复合活性射弹的聚能装药结构，其特征在于，所述活性药型罩由含能混合粉体经冷压、烧结工艺制作而成。

4.如权利要求3所述的可形成全向分布式复合活性射弹的聚能装药结构，其特征在于，所述含能混合粉体为PTFE/Ta、PTFE/Al、PTFE/Mg或PTFE/Ti。

5.如权利要求1所述的可形成全向分布式复合活性射弹的聚能装药结构，其特征在于，所述金属药型罩由铜、钽或钛制成。

6.如权利要求1～5任意一项所述的可形成全向分布式复合活性射弹的聚能装药结构，其特征在于，所述活性药型罩的曲率半径与自身直径的比值为1.0～3.0，活性药型罩的厚度与自身直径的比值为0.04～0.20；金属药型罩的外表面曲率半径与自身直径的比值为0.5～1.0，内表面曲率半径与自身直径的比值为0.7～1.7。

7.如权利要求1所述的可形成全向分布式复合活性射弹的聚能装药结构，其特征在于，所述炸药柱(4)采用高能炸药注装而成。

8.如权利要求1所述的可形成全向分布式复合活性射弹的聚能装药结构，其特征在于，还包括压螺(9)，所述炸药柱(4)由压螺(9)压紧在壳体(8)内。

9.如权利要求1所述的可形成全向分布式复合活性射弹的聚能装药结构，其特征在于，所述起爆药(3)采用雷汞、叠氮化铅或二硝基重氮酚。

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