CN114623732B - 一种适用于厚壁弹药冲击引爆的复合毁伤元结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及弹药技术领域，具体公开了一种适用于厚壁弹药冲击引爆的复合毁伤元结构，包括外壳体和填充物，所述外壳体的内部设置有填药腔，所述填充物填充在填药腔内，所述外壳体的后端螺纹连接有端盖将填充物压紧在填药腔内；所述填药腔为锥形回转体结构，所述外壳体的前端为截面外轮廓为正四边形的截锥体，所述外壳体中部和后端为截面外轮廓为正四边形的柱体。本发明的优点是可以明显提高毁伤元对目标的侵彻深度和冲击引爆性能，具有很强的军事应用前景。

Description

一种适用于厚壁弹药冲击引爆的复合毁伤元结构

技术领域

本发明涉及弹药技术领域，特别是一种适用于厚壁弹药冲击引爆的复合毁伤元结构。

背景技术

在现代战争中，重要的作战指挥中心及控制中心一般位于地下深层，这种位于地下深层的作战指挥中心及控制中心是战争中要重点打击的对象，随着材料等科学技术的快速发展，打击此类目标的深层钻地弹的侵彻及突防能力大幅提升，对地下指挥中心这类重要目标的威胁越发明显。

拦截深层钻地武器、反跑道弹药等这类厚壳体动能弹药，通常分别采用破片或者整体动能拦截器和聚能战斗部来实现，但目前现有的传统拦截器和聚能战斗部在拦截或者引爆上述未爆弹时还存在很大不足，具体体现在以下三个方面：

一、上述被拦截的钻地弹或反跑道弹药具有较厚的装药壳体(弹体壳体厚度与弹体直径之比大于0.1)，采用传统的小质量(通常小于10g)破片毁伤元难以穿透来袭弹药厚重的壳体，从而引燃/引爆弹体内部装填的高能钝感装药。而传统的聚能战斗部在拦截来袭导弹过程中，由于存在较大的交会速度和一定的交会角，而聚能射流对运动目标作用过程中存在显著的“涂抹”效应，射流难以对目标弹体持续侵彻同一位置，大幅降低了对目标的侵彻性能，导致剩余射流难以引爆来袭弹药内部装填的炸药。

二 、传统尖卵形、尖锥形、截卵形、截锥形头部柱形弹体，在着靶角度大于70°时侵彻过程容易出现跳飞现象，因而对目标的毁伤性能显著降低。

三、目前一些用于打击深层地下高价值目标的动能类整体侵爆弹，由于侵彻地下目标过程中需要经历较高的冲击载荷(冲击过载2000g~10000g)，弹体内部通常采用具有较低冲击感度的高能钝感炸药，对于这类厚壳体动能弹，一般能够承受小质量(<10g)破片冲击和惰性金属射流的侵彻穿孔，因此，传统的拦截器和聚能战斗部对其引爆概率极低。

综上，采用常规拦截器或聚能战斗部难以高概率的引爆动能侵彻类弹药，而未被引爆的动能侵彻弹对目标周围人员及设施存在很大的安全威胁。

因此，亟需一种能够兼顾侵彻深度和引爆性能的毁伤元结构，用于反导战斗部从而达到有效拦截具有较大厚度和装填钝感炸药动能侵爆弹的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种适用于厚壁弹药冲击引爆的复合毁伤元结构。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种适用于厚壁弹药冲击引爆的复合毁伤元结构，包括外壳体和填充物，所述外壳体的内部设置有填药腔，所述填充物填充在填药腔内，所述外壳体的后端螺纹连接有端盖将填充物压紧在填药腔内；所述填药腔为锥形回转体结构，所述外壳体的前端为截面外轮廓为正四边形的截锥体，所述外壳体中部和后端为截面外轮廓为正四边形的柱体。

具体的，所述外壳体采用U-Nb-Ti合金材料。

具体的，所述填充物为W- Zr -Ni合金合成活性材料。

具体的，所述的W-Zr-Ni合金中W、Zr与Ni三者的质量百分比W：Zr：Ni=30%~40%：50%~60%：5%~10%。

具体的，所述的外壳体前端截锥体的端面外轮廓边长为D₁，外壳体中部和后端为正四边形截面的边长为D，填药腔头部的内轮廓曲线半径为R，其中外壳体的结构满足以下条件：D1/D=0.45~0.65；填药腔的头部内轮廓半径CRH=R/D=2.5~4.0。

具体的，所述填药腔的中部和后端为锥段，其锥角为θ，且θ=3°~5°。

本发明具有以下优点：

1、本发明公开的适用于厚壳体弹药冲击引爆复合毁伤元结构，其外壳体材料采用高密度、高强度、高韧性的U-Nb-Ti合金，U-Nb-Ti合金较传统贫铀合金(如U-0.75Ti合金)延伸率和屈服强度分别提升10%~15%、15%~20%，相对于传统Zr基高熵合金(如ZrTiNiCuBe) 延伸率和屈服强度分别提升20%~35%、30%~40%。同时，U-Nb-Ti合金外壳体对目标侵彻过程中同样具备传统贫铀合金弹体保持头部外形的“自锐”性。因此，在侵彻着靶速度为2Ma~6Ma范围内，相同结构的U-Nb-Ti合金弹体对钢靶的侵彻深度较传统的贫铀合金弹体和高熵合金弹体分别增加10%~15%、20%~25。

2、本发明公开的适用于厚壳体弹药冲击引爆的复合毁伤元结构内部装填物采用高密度(密度大于等于18.0g/cm³)的W-Zr-Ni活性金属，其密度是传统高强度钢的1.1~1.5倍，在相同外形尺寸和侵彻速度下，其截面动能是现役反导弹药毁伤元的1.1~1.5倍，而且装填物材料具有较高的强度和模量，在对目标侵彻过程中可以作为复合毁伤元的承力结构，增强复合毁伤元整体刚度，在复合毁伤元高速侵彻下仍然可以保持准直。

3、本发明公开的适用于厚壳体弹药冲击引爆的复合毁伤元结构，在0°攻角和2Ma~6Ma着靶速度下，斜侵彻钢靶的跳飞角在85°~87°，而相同质量、长径比的和着靶条件下，传统尖卵形、尖锥形、截卵形、截锥形头部柱形弹体跳飞角小于83°，因此，本发明给出的适用于厚壳体弹药冲击引爆的复合毁伤元结构较传统弹体结构具有更宽的弹靶交会适用范围。

4、本发明公开的适用于厚壳体弹药冲击引爆的复合毁伤元结构的内部装填物W-Zr-Ni合金的配方，在复合毁伤元侵入目标靶体过程中发生化学反应，释放出较多的热(55kJ/cm³~65kJ/cm³)，而传统Zr基非晶合金(如ZrTiNiCuBe)冲击释能小于50kJ/cm³。因此本发明公开的复合毁伤元结构的内部装填物能够使目标弹体内部炸药局部受热而温度急剧升高，最终引发目标弹药内部炸药发生爆炸。相比传统的惰性材料毁伤元和Zr基非晶合金(ZrTiNiCuBe)毁伤元对厚壳体装药目标具有更好的冲击引爆性能。

附图说明

图1 为本发明的复合毁伤元整体结构示意图；

图2 为本发明的复合毁伤元剖视结构示意图；

图3 为本发明的外壳体结构示意图；

图中：1-外壳体，2-填充物，3-端盖，4-填药腔。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1-图3所示，一种适用于厚壁弹药冲击引爆的复合毁伤元结构，包括外壳体1和填充物2，所述外壳体1的内部设置有填药腔4，所述填充物2填充在填药腔4内，所述外壳体1的后端螺纹连接有端盖3将填充物2压紧在填药腔4内；所述填药腔4为锥形回转体结构，所述外壳体1的前端为截面外轮廓为正四边形的截锥体，所述外壳体1中部和后端为截面外轮廓为正四边形的柱体，所述外壳体1采用U-Nb-Ti合金材料，所述填充物2为W- Zr -Ni合金合成活性材料，所述的W-Zr-Ni合金中W、Zr与Ni三者的质量百分比W：Zr：Ni=30%~40%：50%~60%：5%~10%，所述的外壳体1前端截锥体的端面外轮廓边长为D₁，外壳体1中部和后端为正四边形截面的边长为D，填药腔4头部的内轮廓曲线半径为R，其中外壳体1的结构满足以下条件：D1/D=0.45~0.65；填药腔4的头部内轮廓半径CRH=R/D=2.5~4.0，所述填药腔4的中部和后端为锥段，其锥角为θ，且θ=3°~5°。本实施例中外壳体1采用U-Nb-Ti合金，其密度高，密度大于等于18.0g/cm^3，且强度高，静态拉伸屈服强度大于等于1.5GPa，U-Nb-Ti合金较传统贫铀合金(如U-0.75Ti合金)延伸率和屈服强度分别提升10%~15%、15%~20%，相对于传统Zr基高熵合金(如ZrTiNiCuBe) 延伸率和屈服强度分别提升20%~35%、30%~40%。同时，U-Nb-Ti合金外壳体对目标侵彻过程中同样具备传统贫铀合金弹体保持头部外形的“自锐”性；因此，在侵彻着靶速度为2Ma~6Ma范围内，相同结构的U-Nb-Ti合金弹体对钢靶的侵彻深度较传统的贫铀合金弹体和高熵合金弹体分别增加10%~15%、20%~25，端盖3同样采用U-Nb-Ti合金；填充物2采用钨-锆-铌合金合成活性材料，密度大于等于9.0g/cm³，其密度是传统高强度钢的1.1~1.5倍，在相同外形尺寸和侵彻速度下，其截面动能是现役反导弹药毁伤元的1.1~1.5倍，而且装填物材料具有较高的强度和模量，在对目标侵彻过程中可以作为复合毁伤元的承力结构，增强复合毁伤元整体刚度，在复合毁伤元高速侵彻下仍然可以保持准直，填充物2采用W-Zr-Ni合金的配方，在复合毁伤元侵入目标靶体过程中发生化学反应，释放出较多的热(55kJ/cm³~65kJ/cm³)，而传统Zr基非晶合金(如ZrTiNiCuBe)冲击释能小于50kJ/cm³。因此本发明公开的复合毁伤元结构的内部装填物能够使目标弹体内部炸药局部受热而温度急剧升高，最终引发目标弹药内部炸药发生爆炸。相比传统的惰性材料毁伤元和Zr基非晶合金(ZrTiNiCuBe)毁伤元对厚壳体装药目标具有更好的冲击引爆性能；综上，本发明公开的适用于厚壳体弹药冲击引爆的复合毁伤元结构较现有的反导弹药毁伤元具有更强的侵彻能力及更好的引爆性能，能够显著提升对厚壳体装药弹体的毁伤性能。

本实施例中外壳体1前端为截面外轮廓为正四边形的截锥体，中部和后端为截面外轮廓为正四边形的柱体，在0°攻角和2Ma~6Ma着靶速度下，斜侵彻钢靶的跳飞角在85°~87°，而相同质量、长径比的和着靶条件下，传统尖卵形、尖锥形、截卵形、截锥形头部柱形弹体跳飞角小于83°，因此，本发明给出的适用于厚壳体弹药冲击引爆的复合毁伤元结构较传统弹体结构具有更宽的弹靶交会适用范围，本实施例中外壳体1总长为L，外壳体1的中部和后端为截面为四边形的柱体，边长为D，其中L=4~6D，填药腔4的总长为L ₁，且L ₁=(0.6~0.9)L，填药腔4的后端设置内螺纹，螺纹长度L ₂与外壳体1长度L之比L ₂/L=0.1~0.15；

具体的，具体制造时可以采用如下参数：D1/D=0.5，填药腔4的头部内轮廓半径CRH=R/D=3；

θ=4°；

填药腔4大径端直径为φ，且φ=0.75D；

L=5D，且L1=0.7L；

填充物2采用W40Zr55Ni5合金，为99.999%的W、99.999%的Zr和99.99%的Ni粉末冶金烧结而成，其密度为9.2g/cm3；

端盖3采用高密度高强度U-Nb-Ti合金材料，端盖3的螺纹长度L2与外壳体1长度L之比L2/L=0.12。

本实施例复合毁伤元结构能够适用于2Ma~6Ma初速，对钻地弹等厚壁低易损弹药靶标进行有效打击，毁伤元具有足够的强度和刚度，在侵彻过程中能够保持结构完整，内部装填活性材料能够承受高速冲击并在预定延迟时间发生反应，对目标进行高效毁伤。从而有效提高毁伤元的侵彻深度和冲击引爆毁伤效应。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (4)

1. 一种适用于厚壁弹药冲击引爆的复合毁伤元结构，其特征在于：包括外壳体（1）和填充物（2），所述外壳体（1）的内部设置有填药腔（4），所述填充物（2）填充在填药腔（4）内，所述外壳体（1）的后端螺纹连接有端盖（3）将填充物（2）压紧在填药腔（4）内；所述填药腔（4）为锥形回转体结构，所述外壳体（1）的前端为截面外轮廓为正四边形的截锥体，所述外壳体（1）中部和后端为截面外轮廓为正四边形的柱体；所述外壳体（1）采用U-Nb-Ti合金材料；所述填充物（2）为W- Zr -Ni合金合成活性材料。

2.根据权利要求1所述的一种适用于厚壁弹药冲击引爆的复合毁伤元结构，其特征在于：所述的W-Zr-Ni合金中W、Zr与Ni三者的质量百分比W：Zr：Ni=30%~40%：50%~60%：5%~10%。

3.根据权利要求1所述的一种适用于厚壁弹药冲击引爆的复合毁伤元结构，其特征在于：所述的外壳体（1）前端截锥体的端面外轮廓边长为D₁，外壳体（1）中部和后端为正四边形截面的边长为D，填药腔（4）头部的内轮廓曲线半径为R，其中外壳体（1）的结构满足以下条件：D1/D=0.45~0.65；填药腔（4）的头部内轮廓半径CRH=R/D=2.5~4.0。

4.根据权利要求1所述的一种适用于厚壁弹药冲击引爆的复合毁伤元结构，其特征在于：所述填药腔（4）的中部和后端为锥段，其相对于轴线的锥角为3°~5°。