CN113607005B - 一种可形成梯度激活活性侵爆杆体的聚能装药结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可形成梯度激活活性侵爆杆体的聚能装药结构。本发明中的聚能装药结构简单，使用方便，工艺性好，大曲率高密度活性药型罩与小曲率梯度激活活性药型罩皆为球缺形药型罩，能够形成气动特性稳定的活性侵爆杆体。通过大曲率高密度活性药型罩和小曲率梯度激活活性药型罩两者之间的曲率匹配，可形成前端密度高、后端密度低的活性侵爆杆体。

Description

一种可形成梯度激活活性侵爆杆体的聚能装药结构
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梯度激活活性侵爆杆体的聚能装药结构，能够形成一个兼顾侵彻深度和爆破效应的活性侵爆杆体。
背景技术
随着现代战场对高效打击机场跑道、大型桥梁、大坝水坝等本体功能型混凝土/钢筋混凝土类硬目标军事需求的日趋迫切，使聚能战斗部打击目标类型和应用范围得到拓展的同时，也对其毁伤机理、毁伤模式和毁伤能力提出了新的挑战性要求。从高效毁伤的角度看，打击本体功能型混凝土/钢筋混凝土类硬目标，对战斗部毁伤效能和毁伤模式的要求更重要的是要具有强内爆能力，这是金属射流或爆炸成型弹丸(EFP,explosively formedprojectile)难以实现的。
近十多年来，一项新的聚能毁伤技术概念的提出和发展，为解决聚能战斗部反本体功能型混凝土/钢筋混凝土类硬目标毁伤能力不足问题，提供了新的技术途径。显著不同于传统金属射流或EFP的单一动能侵彻毁伤机理，这项新的聚能毁伤技术主要优势是，采用活性药型罩替代现役聚能战斗部的金属药型罩，在聚能装药爆炸压力驱动下，使活性药型罩形成既有良好侵彻能力，又能发生爆炸毁伤的聚爆毁伤元(射流或EFP)，利用聚爆毁伤元独特的“动能侵彻和爆炸毁伤”两种机理的联合作用，打击本体功能型混凝土/钢筋混凝土类硬目标，可通过单级战斗部发挥类似传统聚能-爆破两级串联随进战斗部的高效毁伤能力，从而在大幅降低战斗部系统复杂性的前提下，使聚能战斗部发挥侵爆联合高效毁伤效应。
然而，活性药型罩技术也面临一定的技术问题，主要表现在：低密度活性药型罩爆炸威力大，但密度、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炸效应，但侵彻能力严重不足。
此外，传统聚能-爆破两级串联随进战斗部结构十分复杂，需要考虑隔爆、前后级引信配合等问题；同时，串联随进战斗部质量和结构大，难以适应弹药小型化发展趋势。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可形成梯度激活活性侵爆杆体的聚能装药结构，能够通过单级聚能装药结构实现侵爆耦合毁伤效应，兼顾对本体功能型混凝土/钢筋混凝土类硬目标的侵彻深度和内爆效应。
本发明的可形成梯度激活活性侵爆杆体的聚能装药结构，包括：起爆机构、壳体、主装药和活性药型罩；
其中，活性药型罩由高密度活性药型罩和梯度激活活性药型罩组成；所述高密度活性药型罩与梯度激活活性药型罩均为球缺形、等壁厚活性药型罩，且高密度活性药型罩的曲率大于梯度激活活性药型罩。梯度激活活性药型罩中部开孔，开孔大小应保证高密度活性药型罩正好嵌入其内，且两者环向接触面紧密贴合；其中，高密度活性药型罩密度不低于4.5g/cm3；梯度激活活性药型罩由多层激活阈值依次降低的活性药型罩构成。
所述壳体为阶梯轴状圆管，小端设有起爆机构，用以起爆主装药；大端装填主装药；
所述主装药整体为圆柱形，一端为平面，另一端设有球缺形凹槽，且球缺形凹槽曲率半径与活性药型罩的外表面曲率半径相同，即，位于中心的球缺形凹槽与高密度活性药型罩具有相同的曲率半径，而位于周围的球缺形凹槽与梯度激活活性药型罩具有相同的曲率半径。主装药同轴装填在壳体大端的内部空腔中，使主装药平面端与壳体内底面紧密贴合，主装药凹面与高密度活性药型罩和梯度激活活性药型罩通过虫漆紧密贴合。在壳体大开口端，主装药通过梯度激活活性药型罩由压螺压紧配合。
进一步地，所述主装药一般采用JH-2、JO-8等高能炸药通过模具压装成所述结构，爆速一般在8000m/s以上，药柱长径比约为0.8～1.2之间，通过起爆机构单点中心起爆。
进一步地，所述壳体采用金属铝或非金属尼龙、聚乙烯等低密度材料。壳体一方面用于固定和保护起爆机构、主装药和活性药型罩，另一方面用于提高主装药的能量利用率。
进一步地，所述高密度活性药型罩的曲率半径相对值(曲率半径与装药直径比)一般为1.0～2.0；从配方角度，可为高密度氟聚物基活性药型罩，也可为NiAl合金活性药型罩。从制备角度，一般是将含能混合粉体均匀混合、压制、烧结后，获得活性药型罩样品。
进一步地，所述梯度激活活性药型罩的曲率半径相对值一般为0.6～1.0；梯度激活活性药型罩中的各层活性药型罩，由内向外的激活阈值依次梯度降低(紧贴主装药的为最内层)。从配方角度，梯度激活活性药型罩中的各层活性药型罩均由氟聚物基含能混合粉体经压制、烧结而成，通过调整氟聚物基含能混合粉体内无机物质量含量，实现激活阈值的控制。从制备角度，对梯度激活活性药型罩涉及的各层活性药型罩的相关粉体分别混合均匀，然后通过分次成型法压制获得，后经烧结、机械加工可以获得梯度激活活性药型罩样品。
进一步地，所述压螺为圆环结构，采用高密度金属材料，用于固定主装药和活性药型罩，防止主装药和活性药型罩从壳体大端滑落。
有益效果：
(1)本发明中的聚能装药结构简单，使用方便，工艺性好，大曲率高密度活性药型罩与小曲率梯度激活活性药型罩皆为球缺形药型罩，能够形成气动特性稳定的活性侵爆杆体。通过大曲率高密度活性药型罩和小曲率梯度激活活性药型罩两者之间的曲率匹配，可形成前端密度高、后端密度低的活性侵爆杆体。
(2)本发明中的小曲率梯度激活活性药型罩5由多层活性药型罩组成，且由内向外各层活性药型罩的激活阈值依次梯度降低，这样既保证了活性侵爆杆体成型过程中不发生过于剧烈的化学反应，又能保证最终形成的活性侵爆杆体含能量高，便于发挥爆炸效应。
(3)本发明形成的活性侵爆杆体作用本体功能型混凝土/钢筋混凝土类硬目标时，头部高密度侵彻体能实现对本体功能型混凝土/钢筋混凝土类硬目标的大侵深侵彻，后部高能量侵彻体能够在本体功能型混凝土/钢筋混凝土类硬目标内发生爆炸，利用爆破效应提高对目标综合毁伤效应。
附图说明
图1为本发明聚能装药结构的结构示意图。
图2为本发明中壳体结构示意图。
图3为本发明中主装药结构示意图。
图4为本发明中高密度活性药型罩结构示意图。
图5为本发明中梯度激活活性药型罩结构示意图。
图6为本发明中聚能装药结构形成的活性侵爆杆体。
图7为本发明中所形成活性侵爆杆体对本体功能型混凝土靶侵爆耦合毁伤效应示意图。其中，(a)为活性侵爆杆体成型示意；(b)为活性侵爆杆体对本体功能型混凝土靶侵彻示意；(c)为本体功能型混凝土靶内发生爆燃导致靶体碎裂示意。
其中，1-起爆机构，2-壳体，3-主装药，4-高密度活性药型罩，5-梯度激活活性药型罩，6-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梯度激活活性侵爆杆体的聚能装药结构，该结构形成的活性侵爆杆体兼顾大侵彻深度和强内爆毁伤，可实现对本体功能型混凝土/钢筋混凝土类硬目标的侵爆耦合高效毁伤。同时，该结构简单，工艺性好，具有实用性。
如图1所示，该聚能装药结构包括：起爆机构1、壳体2、主装药3、大曲率高密度活性药型罩4、小曲率梯度激活活性药型罩5和压螺6。其中，大曲率高密度活性药型罩4与小曲率梯度激活活性药型罩5均为等壁厚活性药型罩；小曲率梯度激活活性药型罩5中部开孔，开孔保证了大曲率高密度活性药型罩4正好嵌入其内，且两者环向接触面紧密贴合；壳体2为阶梯轴状圆管，两端分别开口，小端设有起爆机构1，用以起爆主装药；主装药3整体为圆柱形，一端有球缺形凹槽，另一端为平面，主装药3同轴装填在壳体2大端的内部空腔中，使主装药3平面端与壳体2的内底面相互紧密贴合；主装药3另一端的凹面由两个球缺形凹面组成，位于中心的凹面与大曲率高密度活性药型罩4具有相同的曲率半径，且中心凹面与大曲率高密度活性药型罩4凸面紧密贴合；位于周围的凹面与小曲率梯度激活活性药型罩5具有相同的曲率半径，且周围凹面与小曲率梯度激活活性药型罩5凸面紧密贴合。壳体2大开口端，主装药3通过小曲率梯度激活活性药型罩5由压螺6压紧配合。
如图2所示，壳体2的材料采用LY12硬铝，壳体侧向厚度为10mm，壳体2具有密度低、强度高等优点，能够固定和保护起爆机构1、主装药3和大曲率高密度活性药型罩4与小曲率梯度激活活性药型罩5，同时提高主装药能量利用率。
如图3所示，所述主装药3采用8701炸药，装药长度170mm，装药口径150mm，装药密度1.71g/cm3。主装药3由起爆机构1单点中心起爆后产生爆轰波和爆轰产物作用于药型罩。
如图4所示，所述大曲率高密度活性药型罩4由PTFE、W、Cu、Al混合粉体经压制、烧结而成的。压制比压600MPa，烧结在惰性气体氛围内进行。PTFE、W、Cu、Al的质量分数分别为15％、40％、30％、15％。烧结后的大曲率高密度活性药型罩壁厚10mm，曲率半径150mm，外径50mm，密度5.3g/cm3。
如图5所示，所述小曲率梯度激活活性药型罩5是由氟聚物基活性混合粉体经压制、烧结而成。本实施例中小曲率梯度激活活性药型罩5为4层，各层均以PTFE粉体为基体，在其中填充一定量的Al粉和无机物Fe2O3；通过调整Fe2O3的质量分数，实现对小曲率梯度激活活性药型罩5中4层罩的梯度激活控制，由内向外的4层罩中Fe2O3的质量含量分别为0％、5％、10％和15％，对应的激活阈值逐渐梯度降低。这样设计保证了靠近炸药的小曲率梯度激活活性药型罩最内层不会在成型过程中提前发生过于剧烈的化学反应，同时兼顾了小曲率梯度激活活性药型罩的整体含能量。采用分层压制方法，压制比压400MPa，烧结在惰性气体氛围内进行。烧结后的小曲率梯度激活活性药型罩壁厚16mm，曲率半径90mm，外径150mm。随后，通过机械加工，以轴线为中心掏出直径为50mm的中心孔。
该聚能装药结构的工作原理为：聚能装药结构在离目标一定距离起爆后，主装药3开始爆轰，随后主装药3爆轰所产生的爆轰波在内部传播，当传播至大曲率高密度活性药型罩4时，罩顶部被压垮，变形形成高密度的活性侵爆杆体头部，随后，爆轰波传播至小曲率梯度激活活性药型罩5，形成梯度激活的活性侵爆杆体尾部。由于大曲率高密度活性药型罩4最先形成的活性侵爆杆体头部侵彻能力强，对本体功能型混凝土/钢筋混凝土类硬目标实现了大侵深穿深，进一步地，由小曲率梯度激活活性药型罩5形成的活性侵爆杆体尾部具有强内爆效应，待活性侵爆杆体尾部随进本体功能型混凝土/钢筋混凝土类硬目标内部后，在目标内释放大量化学能和气体产物，从而大幅提高对本体功能型混凝土/钢筋混凝土类硬目标的毁伤效应。在本实施例中，本发明的150mm装药口径聚能装药结构，形成的活性侵爆杆体作用1.5m×1.5m×1.8m的本体功能型混凝土/钢筋混凝土类硬目标，造成整个本体功能型混凝土/钢筋混凝土类硬目标完全裂解，毁伤效果十分理想。
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)

1.一种可形成梯度激活活性侵爆杆体的聚能装药结构，其特征在于，包括：起爆机构(1)、壳体(2)、主装药(3)和活性药型罩；所述活性药型罩包括高密度活性药型罩(4)和梯度激活活性药型罩(5)；其中，高密度活性药型罩(4)密度不低于4.5g/cm3；梯度激活活性药型罩(5)由多层激活阈值依次降低的活性药型罩构成；高密度活性药型罩(4)和梯度激活活性药型罩(5)均为球缺形，且高密度活性药型罩(4)的曲率大于梯度激活活性药型罩(5)；梯度激活活性药型罩(5)的中心开孔，高密度活性药型罩(4)嵌入在所述开孔处；
所述主装药(3)为圆柱体，一端与起爆机构(1)连接，另一端设有与活性药型罩外形相配合的凹槽，与活性药型罩紧密贴合；所述壳体包裹在起爆机构(1)和主装药(3)的外表面。
2.如权利要求1所述的可形成梯度激活活性侵爆杆体的聚能装药结构，其特征在于，还包括压螺(6)，主装药(3)通过梯度激活活性药型罩(5)由压螺(6)压紧配合。
3.如权利要求1所述的可形成梯度激活活性侵爆杆体的聚能装药结构，其特征在于，所述主装药(3)采用高能炸药通过模具压装而成，爆速大于或等于8000m/s，主装药(3)长径比为0.8～1.2，通过起爆机构(1)单点中心起爆。
4.如权利要求1所述的可形成梯度激活活性侵爆杆体的聚能装药结构，其特征在于，高密度活性药型罩(4)的曲率半径相对值为1.0～2.0。
5.如权利要求1或4所述的可形成梯度激活活性侵爆杆体的聚能装药结构，其特征在于，所述高密度活性药型罩(4)为高密度氟聚物基活性药型罩或NiAl合金活性药型罩。
6.如权利要求5所述的可形成梯度激活活性侵爆杆体的聚能装药结构，其特征在于，所述高密度活性药型罩(4)由PTFE、W、Cu和Al的混合粉体经压制、烧结而成。
7.如权利要求1所述的可形成梯度激活活性侵爆杆体的聚能装药结构，其特征在于，所述梯度激活活性药型罩(5)的曲率半径相对值为0.6～1.0。
8.如权利要求1或7所述的可形成梯度激活活性侵爆杆体的聚能装药结构，其特征在于，所述梯度激活活性药型罩(5)中的各层活性药型罩均由氟聚物基含能混合粉体制成，通过调整氟聚物基含能混合粉体内无机物质量含量实现激活阈值的控制。
9.如权利要求8所述的可形成梯度激活活性侵爆杆体的聚能装药结构，其特征在于，所述梯度激活活性药型罩(5)中的各层活性药型罩均以PTFE粉体为基体，在其中填充一定量的Al粉和无机物Fe2O3，通过调整Fe2O3的质量分数，实现各层活性药型罩的梯度激活控制。
10.如权利要求8所述的可形成梯度激活活性侵爆杆体的聚能装药结构，其特征在于，采用分次成型法分别压制出梯度激活活性药型罩(5)中的各层活性药型罩，然后再进行烧结、机械加工，获得梯度激活活性药型罩(5)。
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