CN115289919A - 基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部 - Google Patents

基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部，属于舰艇毁伤与防护技术领域。为了提升对舰艇等海洋航行器的毁伤效能，实现基于多气泡联合脉动原理战斗部的高效作战方案，本发明提供了一种基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部，以大范围气泡群快速生成及联合脉动为理念，通过大范围气泡群、气泡流的动力学特性及其对潜艇、AUV等海洋航行器的耦合作用机理，提出对目标高效打击的作战方案来实现对强生命力海洋航行器的强毁伤甚至一次性摧毁，为新型高效作战武器、新原理战斗部的研发和技术储备提供技术支撑。

Description

基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战 斗部
技术领域
本发明属于舰艇毁伤与防护技术领域，特别是涉及一种基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部。
背景技术
潜艇自“一战”首次被大规模应用于实战，取得了赫赫战绩，被称为“水下幽灵”。“二战”中仅英国遭受德国潜艇攻击而沉没的海运船只就达600多万吨，针对这一水下目标，先后研制出深水炸弹、反潜鱼雷等许多水中反潜武器。
近年来，以美国为首的西方国家的攻击型核潜艇在我国南海海域的出没多达上百次，同时伴随着航空母舰、大型驱逐舰的海上巡逻与骚扰，对我国的海洋领土安全构成严重威胁。随着科技的发展，海洋航行器的隐身性能和水下侦察能力逐渐增强，使得通过近距离接近目标再进行毁灭打击方式的常规鱼雷、水雷等水中武器已成为过去；不仅如此，舰艇的抗爆抗冲击防御体系也日益完善，使得传统近场近距离接触爆炸毁伤型水中武器的打击精度面临着更大的挑战。
因此在对于未来水中武器，急需拓宽发展思路，提出更高效的武器打击原理，突破现有强敌防御体系，实现对高隐身、高侦察和强生命力的舰艇目标造成毁灭性打击。
发明内容
有鉴于此，为了提升对舰艇等海洋航行器的毁伤效能，实现基于多气泡联合脉动原理战斗部的高效作战方案，本发明提供了一种基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部，以大范围气泡群快速生成及联合脉动为理念，通过大范围气泡群、气泡流的动力学特性及其对潜艇、AUV等海洋航行器的耦合作用机理，提出对目标高效打击的作战方案来实现对强生命力海洋航行器的强毁伤甚至一次性摧毁，为新型高效作战武器、新原理战斗部的研发和技术储备提供技术支撑。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部，包括母战斗部和子战斗部，所述母战斗部内安装有子战斗部，所述母战斗部包括依次连接的母战斗部导引段、母战斗部储存舱段和母战斗部推进段，所述母战斗部导引段、母战斗部储存舱段和母战斗部推进段间均设置有线性爆炸解锁装置。
所述子战斗部包括爆破型子战斗部和气泡型子战斗部，母战斗部存储舱段中装有爆破型子战斗部和气泡型子战斗部，爆破型子战斗部产生高压气泡，气泡型子战斗部产生常压气泡群。
更进一步的，所述母战斗部导引段的引导头中配备声呐探测装置，用于发射以后侦测和搜索追踪敌方目标。
更进一步的，所述母战斗部推进段内装有燃料，母战斗部发射后由母战斗部推进段采用化学燃料推进。
更进一步的，当雷达或声呐探测发现不同声纹信号的海洋航行器并驱赶无效时，母战斗部发射，待航行至目标附近，母战斗部通过线性爆炸解锁装置沿解锁线爆炸分解，使母战斗部外壳呈分离壳体破片分离脱落。
更进一步的，所述线性爆炸解锁装置包括聚氨酯填充物、药包、外解锁环和内解锁环，所述药包位于填聚氨酯填充物中心，并通过填聚氨酯填充物夹住，所述外解锁环和内解锁环分别位于填聚氨酯填充物的两侧，中间填充柔性缓冲胶垫加以缓冲固定。
更进一步的，所述爆破型子战斗部内装有炸药和引信装置，待气泡型子战斗部航行至临界爆轰范围，延时引爆装置通过引信装置引爆炸药，由爆炸产生的冲击波和高压气泡对目标进行爆炸毁伤。
更进一步的，所述气泡型子战斗部在脱离母战斗部后保持全速航行至临界爆轰距离，延时引爆装置的时间控制为爆破型子战斗部第一次爆轰的气泡最大直径与气泡型子战斗部全速前进速度的比值。
更进一步的，所述气泡型子战斗部包括气泡型子战斗部导引头、锂化氢储存舱和螺旋桨，所述锂化氢储存舱前安装气泡型子战斗部导引头，后方安装有螺旋桨，所述螺旋桨由电动机驱动。
更进一步的，所述锂化氢储存舱内装有锂化氢，并采用PVA薄膜封口。
更进一步的，所述气泡型子战斗部由母战斗部中分离，并通过螺旋桨推进全速航行，在由气泡型子战斗部导引头匹配目标航行过程中，海水通过气孔溶解PVA薄膜，存储舱中的锂化氢与海水迅速发生化学反应，反应所生成的氢气由气孔释放，实现航行过程与化学反应释放氢气生成气泡群过程同步。
一种所述的基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部的爆破方法，具体包括以下步骤：
(1)待航行至目标附近，母战斗部通过线性爆炸解锁装置沿解锁线爆炸分解，使母战斗部外壳呈分离壳体破片分离脱落；
(2)待气泡型子战斗部航行至临界爆轰范围，爆破型子战斗部内的延时引爆装置通过引信装置引爆炸药，由爆炸产生的冲击波和高压气泡对目标进行爆炸毁伤；
(3)气泡型子战斗部由母战斗部中分离，并通过螺旋桨推进全速航行，在由气泡型子战斗部导引头匹配目标航行过程中，海水通过气孔溶解PVA薄膜，存储舱中的锂化氢与海水迅速发生化学反应，反应所生成的氢气由气孔释放，实现航行过程与化学反应释放氢气生成气泡群过程同步。
与现有技术相比，本发明所述的一种基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部的有益效果是：
本发明为解决水中武器对潜艇、大型舰船等高性能、强生命力目标的高效打击困局，以突破强敌舰队所建立的全覆盖抗爆抗冲击防御体系为理念，提出基于高压气泡、常压气泡群联合脉动作用高效毁伤的新型作战原理。传统基于近场近距离接触爆炸冲击毁伤原理的水中武器，对强敌目标的损伤模式为“硬损伤”；相较于传统水中武器，新原理战斗部则通过高压气泡与常压气泡群联合脉动耦合的方式，改变舰艇等海洋航行器赖以生存的力学环境，直接威胁到敌方舰艇的总纵强度，造成舰艇目标的“软杀伤”，能够一次性导致舰艇失稳甚至倾覆沉没。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明所述的基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部的整体分布图；
图2为本发明基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部的爆炸分离图；
图3为爆炸解锁装置的立体图；
图4为A-A处剖面图，其上方为带钝边V型焊缝放大图；
图5为图2中7处爆破型子战斗部的局部示意图；
图6为高效毁伤战斗部化学子战斗部的剖面示意图；
图7为本发明的基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部的效果演示图，其中(a)表示母战斗部由海基或空基等方式发射状态，(b)表示母战斗部将通过线性爆炸解锁装置沿解锁线爆炸分解，使母战斗部1外壳呈分离壳体破片分离并脱落，分成爆破型子战斗部和气泡型子战斗部，(c)表示气泡型子战斗部由母战斗部中分离，由气泡型子战斗部导引头匹配目标并通过螺旋桨推进全速航行，爆破型子战斗部等候延时引爆装置信号，准备水下爆炸，(d)表示爆破型子战斗部起爆位置和气泡型子战斗部中锂化氢遇海水发生剧烈化学反应产生大量气泡，气泡由气孔散出，(e)表示气泡型子战斗部与海水发生强烈的化学反应瞬态产生大范围气泡群、气泡流，并与爆破型子战斗部爆炸生成的水下爆炸气泡联合脉动，(f)表示高压气泡与常压气泡群联合脉动上浮改变舰艇赖以生存的浮力环境，不仅使其失稳倾覆，同时形成强力的水射流，以此提升战斗部的毁伤效能，导致海洋航行器弯折或整体失稳，实施对敌方目标的高效攻击乃至一次性摧毁。
其中，1-母战斗部、2-母战斗部导引段、3-母战斗部储存舱段、4-母战斗部推进段、5-线性爆炸解锁装置、6-声纳、7-爆破型子战斗部、8-气泡型子战斗部、9-分离壳体破片；
51-焊缝、52-柔性缓冲胶垫、53-聚氨酯填充物、54-解锁线、55-药包、56-外解锁环、57-内解锁环；
71-炸药、72-引信装置、73-延时引爆装置；
81-气泡型子战斗部导引头、82-气孔、83-PVA薄膜、84-锂化氢储存舱、85-电动机、86-螺旋桨。
具体实施方式
具体实施方式一，参见图1-7说明本实施方式，一种基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部，包括母战斗部1和子战斗部，所述母战斗部1内安装有子战斗部，所述母战斗部1包括依次连接的母战斗部导引段2、母战斗部储存舱段3和母战斗部推进段4，所述子战斗部包括爆破型子战斗部7和气泡型子战斗部8，母战斗部存储舱段3中装有爆破型子战斗部7和气泡型子战斗部8。
母战斗部1主要由母战斗部导引段2、母战斗部储存舱段3和母战斗部推进段4组成，图中由虚线给出分段位置。
母战斗部导引段2的导引头中配备声呐探测装置6，用于发射以后侦测和搜索追踪敌方目标。
母战斗部1发射后由母战斗部推进段4采用化学燃料推进。
当雷达或声呐探测发现不同声纹信号的海洋航行器并驱赶无效时，母战斗部1将通过海基或空基等方式发射。待航行至目标附近，母战斗部1通过线性爆炸解锁装置5沿解锁线54爆炸分解，使母战斗部1外壳呈分离壳体破片9分离脱落。
所述线性爆炸解锁装置5包括柔性缓冲胶垫52、聚氨酯填充物53、药包55、外解锁环56和内解锁环57，聚氨酯填充物53将药包55包裹，药包55位于聚氨酯材料53中心，并通过填聚氨酯填充物53夹住，聚氨酯填充物53为椭圆矩形，所述聚氨酯填充物53外周设置有柔性缓冲胶垫52，所述外解锁环56和内解锁环57分别位于填聚氨酯填充物53的两侧。
所述线性爆炸解锁装置5的装配过程为：
先通过内解锁环57与分离壳体破片9两端平段对齐，在内侧焊接，焊缝为带钝边V型焊缝。随后将柔性缓冲胶垫52从外侧放入，填入包裹好药包55的聚氨酯填充物53保证与柔性缓冲胶垫52贴合，再将柔性缓冲胶垫52扣上，盖上外解锁环56并与两侧分离壳体破片9对齐，采用焊接的方式连接，焊缝也为带钝边V型焊缝。内侧开孔使药包引线沿伸至母战斗部1中杆与延时引爆装置73连接。爆炸分离过程：待母战斗部被发射至指定位置，药包由延时引爆装置引爆。产生的爆轰能量使得椭圆矩形聚氨酯填充物53膨胀，给予内外解锁环压力使其在解锁线54处发生膨胀撕裂，达到爆炸解锁的目的。需要说明的是，药包的当量仅达到聚氨酯填充物53膨胀在解锁线54处使内外解锁环断开，防止当量过大产生结构振动并影响内部其他物件。
爆破型子战斗部7内装有炸药71及引信装置72，待气泡型子战斗部8航行至临界爆轰范围，通过延时引爆装置73通过引信装置72引爆炸药71，由爆炸产生的冲击波和高压气泡对目标进行爆炸毁伤。其中，气泡型子战斗部8在脱离母战斗部1后保持全速航行至临界爆轰距离，延时引爆装置73的时间控制即为爆破型子战斗部7第一次爆轰的气泡最大直径与气泡型子战斗部8全速前进速度的比值。
气泡型子战斗部8包含气泡型子战斗部导引头81、锂化氢储存舱84和螺旋桨86，锂化氢储存舱84内装有锂化氢(LiH)，并采用PVA薄膜83封口。气泡型子战斗部8由母战斗部1中分离，并通过螺旋桨86推进全速航行。在由气泡型子战斗部导引头81匹配目标航行过程中，海水通过气孔82溶解PVA薄膜83，存储舱84中的锂化氢与海水迅速发生化学反应，反应所生成的氢气由气孔82释放，实现航行过程与化学反应释放氢气生成气泡群过程同步。
气泡型子战斗部8中的锂化氢与海水发生强烈的化学反应瞬态产生大范围常压气泡群，并与爆破型子战斗部7爆炸生成的水下爆炸高压气泡联合脉动。常压气泡群在爆破型子战斗部7爆炸技术基础上，增强气泡群、气泡流能量，通过气泡群的上浮及群体脉动改变舰艇赖以生存的浮力环境，同时形成强力的水射流，以此提升战斗部的毁伤效能，导致航行器弯折或整体失稳，实施对敌方目标的高效攻击乃至一次性摧毁。
所述基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部的工作原理和工作过程：
基于高压与常压气泡联合脉动原理的战斗部以子母战斗部形式存在。母战斗部携带爆破型子战斗部7和气泡型子战斗部8，爆破型子战斗部7通过水下爆炸产生高压气泡，气泡型子战斗部8通过锂化氢与海水反应产生常压气泡群。母战斗部1通过爆炸分离解锁的方式解体外壳，随后气泡型子战斗部8通过螺旋桨86推进作用下分散，全速航行匹配目标特性。待气泡型子战斗部8全速前进抵达爆破型子战斗部7临界爆轰范围，爆破型子战斗部7通过延时引爆的爆炸装置引发水下爆炸。
气泡型子战斗部8在匹配目标航行过程中，用于密封锂化氢储存舱的PVA材料遇水溶解，锂化氢与海水发生强烈的化学反应，瞬态产生大范围常压气泡群、气泡流，并耦合爆破型子战斗部爆炸生成的水下爆炸高压气泡。气泡群、气泡流的能量在水下爆炸技术基础上得到增强，并通过上浮及群体联合脉动改变舰艇赖以生存的浮力环境，同时形成强力的水射流，被攻击目标如同掉入“人造海底深渊”以提升战斗部的毁伤效能，实施对敌方目标的高效打击乃至一次性摧毁。
如图7所示，为一种基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部工作效果演示图，图7(a)所示为母战斗部1由海基或空基等方式发射状态；图7(b)所示为母战斗部1将通过线性爆炸解锁装置5沿解锁线爆炸分解，使母战斗部1外壳呈分离壳体破片9分离并脱落，分成爆破型子战斗部7和气泡型子战斗部8；图7(c)所示气泡型子战斗部8由母战斗部1中分离，由气泡型子战斗部导引头81匹配目标并通过螺旋桨86推进全速航行，爆破型子战斗部7等候延时引爆装置73信号，准备水下爆炸；图7(d)为爆破型子战斗部7起爆位置和气泡型子战斗部8中锂化氢遇海水发生剧烈化学反应产生大量气泡，气泡由气孔82散出；图7(e)所示为气泡型子战斗部8与海水发生强烈的化学反应瞬态产生大范围气泡群、气泡流，并与爆破型子战斗部7爆炸生成的水下爆炸气泡联合脉动，在爆破型子战斗部7爆炸技术基础上，增强气泡群、气泡流能量，通过气泡群的上浮及群体脉动改变舰艇平稳航行环境，使其失稳倾覆；图7(f)所示为在图7(e)基础上，高压气泡与常压气泡群联合脉动上浮改变舰艇赖以生存的浮力环境，不仅使其失稳倾覆，同时形成强力的水射流，以此提升战斗部的毁伤效能，导致海洋航行器弯折或整体失稳，实施对敌方目标的高效攻击乃至一次性摧毁。
本发明为解决水中武器对潜艇、大型舰船等高性能、强生命力目标的高效打击困局，以突破强敌舰队所建立的全覆盖抗爆抗冲击防御体系为理念，提出基于高压气泡、常压气泡群联合脉动作用高效毁伤的新型作战原理。传统基于近场近距离接触爆炸冲击毁伤原理的水中武器，对强敌目标的损伤模式为“硬损伤”；相较于传统水中武器，新原理战斗部则通过高压气泡与常压气泡群联合脉动耦合的方式，改变舰艇等海洋航行器赖以生存的力学环境，直接威胁到敌方舰艇的总纵强度，造成舰艇目标的“软杀伤”，能够一次性导致舰艇失稳甚至倾覆沉没。

Claims (10)

1.一种基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部，其特征在于：包括母战斗部(1)和子战斗部，所述母战斗部(1)内安装有子战斗部，所述母战斗部(1)包括依次连接的母战斗部导引段(2)、母战斗部储存舱段(3)和母战斗部推进段(4)，所述母战斗部导引段(2)、母战斗部储存舱段(3)和母战斗部推进段(4)间均设置有线性爆炸解锁装置(5)，
所述子战斗部包括爆破型子战斗部(7)和气泡型子战斗部(8)，母战斗部储存舱段(3)中装有爆破型子战斗部(7)和气泡型子战斗部(8)，爆破型子战斗部(7)产生高压气泡，气泡型子战斗部(8)产生常压气泡群。
2.根据权利要求1所述的基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部，其特征在于：所述母战斗部导引段(2)的引导头中配备声呐探测装置(6)，用于发射以后侦测和搜索追踪敌方目标。
3.根据权利要求1所述的基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部，其特征在于：所述母战斗部推进段(4)内装有燃料，母战斗部(1)发射后由母战斗部推进段(4)采用化学燃料推进。
4.根据权利要求1所述的基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部，其特征在于：当雷达或声呐探测发现不同声纹信号的海洋航行器并驱赶无效时，母战斗部(1)发射，待航行至目标附近，母战斗部(1)通过线性爆炸解锁装置(5)沿解锁线爆炸分解，使母战斗部(1)外壳呈分离壳体破片(9)分离脱落。
5.根据权利要求1或4所述的基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部，其特征在于：所述线性爆炸解锁装置(5)包括聚氨酯填充物(53)、药包(55)、外解锁环(56)和内解锁环(57)，所述药包(55)位于填聚氨酯填充物(53)中心，并通过填聚氨酯填充物(53)夹住，所述外解锁环(56)和内解锁环(57)分别位于填聚氨酯填充物(53)的两侧。
6.根据权利要求1所述的基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部，其特征在于：所述爆破型子战斗部(7)内装有炸药(71)和引信装置(72)，待气泡型子战斗部(8)航行至临界爆轰范围，延时引爆装置(73)通过引信装置(72)引爆炸药(71)，由爆炸产生的冲击波和高压气泡对目标进行爆炸毁伤。
7.根据权利要求6所述的基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部，其特征在于：所述气泡型子战斗部(8)在脱离母战斗部(1)后保持全速航行至临界爆轰距离，延时引爆装置(73)的时间控制即为爆破型子战斗部(7)第一次爆轰的气泡最大直径与气泡型子战斗部(8)全速前进速度的比值。
8.根据权利要求1所述的基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部，其特征在于：所述气泡型子战斗部(8)包括气泡型子战斗部导引头(81)、锂化氢储存舱(84)和螺旋桨(86)，所述锂化氢储存舱(84)前安装气泡型子战斗部导引头(81)，后方安装有螺旋桨(86)，所述螺旋桨(86)由电动机(85)驱动。
9.根据权利要求8所述的基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部，其特征在于：所述锂化氢储存舱(84)内装有锂化氢，并采用PVA薄膜(83)封口。
10.根据权利要求8所述的基于高压与常压气泡联合脉动原理对水中目标高效毁伤战斗部，其特征在于：所述气泡型子战斗部(8)由母战斗部(1)中分离，并通过螺旋桨(86)推进全速航行，在由气泡型子战斗部导引头(81)匹配目标航行过程中，海水通过气孔(82)溶解PVA薄膜(83)，锂化氢储存舱(84)中的锂化氢与海水迅速发生化学反应，反应所生成的氢气由气孔(82)释放，实现航行过程与化学反应释放氢气生成气泡群过程同步。
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