CN116399182A - 一种提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置及方法，属于弹药工程技术领域，解决了现有技术中爆炸装置的破片速度不能达到预期的问题。本发明的周向复合装药结构爆炸装置，包括：预制破片、壳体、复合装药柱、起爆网络和雷管座；所述预制破片安装于壳体的内侧，且预制破片的内侧设置有复合装药柱；所述复合装药柱包括高爆速炸药和低爆速炸药；所述高爆速炸药与低爆速炸药周向间隔设置，起爆网络固定设置于高爆速炸药的两端，且起爆网络与雷管座固定连接。本发明实现了低爆速炸药在两侧高爆速炸药的爆轰挤压下，形成超压爆轰状态，提高低爆速炸药的做功能力进而提高预制破片的飞散速度。

Description

一种提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置及方法

技术领域

本发明涉及弹药工程技术领域，尤其涉及一种提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置及方法。

背景技术

爆炸装置提升弹体破片速度最直接的方法，就是装填新的能量密度更高的炸药。然而，由于含能材料的更新换代周期较长，使得破片速度的进一步提升遇到了瓶颈。

目前，改进装药结构及起爆方式，是实现在固定平台约束条件下提升破片速度的有效途径。该方法本质是调控和优化装药能量输出结构，使得爆轰产物具有较强的做功能力。这与炸药自身的特性有关，也与炸药尺寸结构匹配有关，涉及炸药的起爆、爆轰波的传播以及局部叠加等复杂过程。因此提出合理的装药结构设计，增加驱动破片速度，对提高炸药能量利用率及提升战斗部毁伤能力等均具有重要的意义。

目前改进圆柱战斗部装药结构的一般方法是采用外层高爆速炸药，内层低爆速炸药的圆柱形径向复合结构。该方法对于爆炸型战斗部可在保证安定性的条件下提高装药的能量密度，但该装药结构并不适用于杀伤型战斗部：一方面对装药的安定性要求较高，外层高爆速炸只能采用非压装形式，这就会降低炸药爆速，影响驱动破片能力；另一方面，相关圆筒试验研究表明，内层的低爆速炸药起爆外层高爆速炸药后，并未明显增加产物驱动金属加速的能力。

因此，需要提供一种新型的爆炸装置，以提高爆炸时的破片速度。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置，用以解决现有爆炸装置破片速度受限的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置，包括：预制破片、壳体、复合装药柱、起爆网络和雷管座；所述预制破片安装于壳体的内侧，且预制破片的内侧设置有复合装药柱；所述复合装药柱包括高爆速炸药和低爆速炸药；所述高爆速炸药与低爆速炸药周向间隔设置，起爆网络固定设置于高爆速炸药的两端，且起爆网络与雷管座固定连接。

进一步地，所述高爆速炸药为十字形柱体结构。

进一步地，所述十字形柱体结构包括：中间的中心圆柱和四周的四个矩形柱，且四个矩形柱在中心圆柱的圆周方向对称分布。

进一步地，所述低爆速炸药为扇形柱体结构。

进一步地，所述起爆网络包括：第一导爆索和第二导爆索。

进一步地，所述第一导爆索的一端与高爆速炸药的一端连接，高爆速炸药的另一端连接第二导爆索，且第一导爆索和第二导爆索的另一端连接雷管座。

进一步地，第一导爆索和第二导爆索的长度相同，用于两端同时引爆高爆速炸药。

示例性地，所述预制破片为方形或球形。

或者，所述预制破片包括：凸圆部、锥台部和支撑部；所述凸圆部为具有圆弧面的半球体；所述支撑部为矩形结构；所述凸圆部与锥台部的小端连接，所述支撑部与锥台部的大端连接；所述凸圆部、锥台部和支撑部之间圆滑过渡。

进一步地，所述壳体的内壁面设置多排多列圆弧面凹槽；圆弧面凹槽能够与预制破片的凸圆部配合。

进一步地，所述圆弧面凹槽的曲率半径大于凸圆部的曲率半径。

进一步地，所述圆弧面凹槽中涂抹有胶水，所述壳体与预制破片通过胶水粘接为一体。

进一步地，所述预制破片位于复合装药柱的外层，材料采用钢钨合金材料或氧化物陶瓷。

进一步地，预制破片在壳体的内侧圆柱面的圆周方向均匀分布多列，在壳体的内侧圆柱面的轴线方向均匀分布多排。

进一步地，所述雷管座用于安装雷管。

一种提高破片速度的爆炸方法，采用提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置；

所述爆炸方法包括以下步骤：

步骤S1：确定爆炸装置的整体尺寸、炸药类型和炸药尺寸；

步骤S2：搭建所述提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置；

步骤S3：点燃雷管引爆炸药，进而驱动预制破片突破壳体的约束飞散。

本发明技术方案能够实现以下效果：

本发明的爆炸装置，利用超压爆轰原理，通过设置高爆速炸药和低爆速炸药间隔分布形成圆柱形装药的周向复合结构，爆炸时利用高爆速炸药爆轰波叠加后的超压爆轰机制，增加低爆速炸药的爆炸产物的高压状态，提高低爆速炸药的爆炸产物对金属预制破片的做功能力，实现破片速度较单一装药结构的有效提升。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件；

图1为本发明实施例1的提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1的提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置的剖视效果图；

图3为图1中的预制破片的排列方式示意图；

图4为图1中的壳体的结构示意图；

图5为图1中的起爆网络的结构示意图；

图6为本发明实施例2的预制破片的结构示意图；

图7为本发明实施例2的壳体的结构示意图；

图8为本发明实施例2的预制破片与壳体的配合状态示意图；

图9为本发明的提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置与单一装药结构的爆轰效果对比图；

图10为本发明的提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置的速度提升效果对比图。

附图标记：

1-预制破片；2-壳体；3-高爆速炸药；4-低爆速炸药；5-起爆网络；6-雷管座；51-第一导爆索；52-第二导爆索；11-凸圆部；12-锥台部；13-支撑部；21-圆弧面凹槽。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明的一个具体实施例，公开了一种提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置；如图1-5所示，包括：预制破片1、壳体2、高爆速炸药3、低爆速炸药4、起爆网络5和雷管座6；其中，预制破片1安装于壳体2的内侧，且预制破片1的内侧设置有复合装药柱，所述复合装药柱由高爆速炸药3和低爆速炸药4组成，高爆速炸药3与低爆速炸药4周向间隔设置，起爆网络5固定设置于高爆速炸药3的两端，且起爆网络5与雷管座6固定连接。

实施时，高爆速炸药3的爆速高于低爆速炸药4的爆速，爆炸时内部会形成内汇聚爆轰波形，使得本发明的周向复合装药结构爆炸装置达到超压爆轰状态，超高压的爆轰波作用于预制破片1上，可使预制破片1加速飞散。

本发明的一种具体实施方式中，如图1所示，高爆速炸药3为十字形柱体结构，所述十字形柱体由中间的中心圆柱和四周的四个矩形柱组成。

具体地，中心圆柱的四周的四个矩形柱在中心圆柱的圆周方向对称分布，如图1、图2所示。

本发明的一种具体实施方式中，预制破片1在壳体2的内侧圆柱面的圆周方向均匀分布多列，在壳体2的内侧圆柱面的轴线方向均匀分布多排。具体地，每排预制破片1在壳体2的内侧排成圆环形，预制破片1在壳体2的轴线方向叠加多排；多排预制破片1叠加形成圆筒形结构，如图3所示。

示例性地，所述预制破片1为方形状或球形状。

本发明中，数枚预制破片1安装于壳体2的内侧；安装有数枚预制破片1可大大提升战斗部的杀伤力；预制破片1位于复合装药柱的外层，材料采用钢、钨合金材料或氧化物陶瓷。

进一步地，如图1、图2所示，本发明的所述高爆速炸药3为十字形柱体，低爆速炸药4为扇形柱体。

具体地，低爆速炸药4包括四个扇形柱体，如图2所示。

具体地，低爆速炸药4的每个扇形柱体均设置在高爆速炸药3的相邻的两个矩形柱之间。

本发明的一种具体实施方式中，高爆速炸药3和低爆速炸药4的长度为140-160mm。

本发明中，高爆速炸药3和低爆速炸药4均为相对概念，表示两种炸药中相对爆速“高”或“低”的一种。示例性地，本发明的高爆速炸药3为CL-20等爆速较高的炸药。

具体地，高爆速炸药3的中心圆柱直径约30-60mm，四周矩形柱厚度20-30mm。

具体地，四组低爆速炸药4与高爆速炸药3拼合后，低爆速炸药4的外径约为140-150mm，内径为30-60mm。

由于，低爆速炸药4的超压爆轰产生的压力大于正常CJ爆轰状态，因此，预制破片1的加速能力强于正常爆轰，提高了破片的速度。

如图4所示，所述壳体为圆柱壳体结构，壁厚2mm，壳体2为铝合金材料，用于约束战斗部装药及预制破片。

如图5所示，所述起爆网络5包括2根相同导爆索：第一导爆索51和第二导爆索52。

其中，第一导爆索51的一端与高爆速炸药3的一端连接，高爆速炸药3的另一端连接第二导爆索52，且第一导爆索51和第二导爆索52的另一端均连接雷管座6，如图1所示。

具体地，第一导爆索51和第二导爆索52的长度相同，用于两端同时引爆高爆速炸药3。

具体地，雷管座6用于安装雷管。

本发明的工作原理：

使用时，使用者引爆插入雷管座6的雷管；雷管爆炸，从而使得起爆网络5爆炸。本发明的高爆速炸药3两端起爆后，爆轰波沿轴向和径向同时传播，在轴向上，两端的预制破片1爆轰波到达较早，飞散较早，中段爆轰波叠加后可增加装药爆炸威力，提升位于壳体2中部的预制破片1的飞散速度。

如图9所示，在径向上，本发明的扇形的低爆速炸药4在两侧高爆速炸药3的爆轰挤压下，形成超压爆轰状态，每一个截面的爆轰传播过程类似，使得驱动预制破片1加速的能力较正常爆轰提高，因此，破片速度可进一步提升。

实施例2

本发明的一个具体实施例，对实施例1的提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置进行改进：

具体地，如图6所示，本实施例的预制破片1包括：凸圆部11、锥台部12和支撑部13。

具体地，如图6所示，所述凸圆部11为具有圆弧面的半球体。

具体地，如图6所示，所述锥台部12为矩形锥台，且矩形锥台的四个侧棱均设置圆角。

具体地，如图6所示，所述支撑部13为矩形结构，且四条侧棱设置圆角。

进一步地，所述凸圆部11与锥台部12的小端连接，所述支撑部13与锥台部12的大端连接；凸圆部11、锥台部12和支撑部13之间圆滑过渡。

如图6所示，锥台部12的小端为圆形端面，圆形端面与圆角弧面连接；具体地，锥台部12的四条侧棱的圆角半径等于凸圆部11的半径。

本实施例中，凸圆部11的直径小于支撑部13的宽度。当预制破片1受到炸药的冲击力作用时，通过凸圆部11对壳体2进行爆破进而实现预制破片1的高速飞散。

本实施例中，由于支撑部13为矩形结构，因此，多个预制破片1能够沿壳体2的内壁面依次堆叠、叠放形成圆筒形破片组；进而在预制破片1的内侧安装高爆速炸药3和低爆速炸药4。

进一步地，如图7所示，壳体2的内壁面设置多排多列圆弧面凹槽21；圆弧面凹槽21能够与预制破片1的凸圆部11配合。本实施例中，通过预制破片1的凸圆部11与圆弧面凹槽21配合对预制破片1进行定位，多排多列的预制破片1与壳体2的内壁面贴合进而组合形成圆筒形结构。

本发明的一种具体实施方式中，圆弧面凹槽21的曲率半径大于凸圆部11的曲率半径；如图8所示。当预制破片1受爆炸冲击破碎壳体2时，凸圆部11与圆弧面凹槽21的接触部分应力集中，加速对壳体2的破碎效果同时减弱壳体2对预制破片1的飞散速度的影响。

由于，圆弧面凹槽21与凸圆部11的曲率半径不同，二者之间留有间隙；如图8所示。进一步地，在对批量预制破片1进行安装时，在圆弧面凹槽21中涂抹胶水，将壳体2与预制破片1粘接为一体；进而将组合完成的高爆速炸药3和低爆速炸药4装入壳体2和预制破片1组合形成的圆筒形结构内。

本实施例的预制破片1结构整体呈锥形，靠近壳体2的一端尺寸小，靠近炸药的一端尺寸大，能够降低破片飞散时的风阻，进一步提高破片的飞行速度。

本实施例的预制破片1和壳体2设置通过圆弧面凹槽21与凸圆部11进行定位和装配，且预制破片1的支撑部13能够实现多个预制破片1的相互堆叠，且能够互相支撑，能够方便批量预制破片1的安装和组合，相较于现有的将预制破片1通过胶带粘接于炸药外部的制作方式，更加方便简洁。

实施例3

本发明的一个具体实施例，提供一种提高破片速度的爆炸方法，采用实施例1或实施例2的提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置。

具体地，所述爆炸方法包括以下步骤：

步骤S1：确定爆炸装置的整体尺寸、炸药类型和炸药尺寸；

步骤S2：搭建所述提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置；

步骤S3：点燃雷管引爆炸药，进而驱动预制破片1突破壳体2的约束飞散。

具体地，所述步骤S1包括：

步骤S11：根据爆炸装置的应用场景下相应的空间约束，确定壳体2的外扩整体尺寸。为了能够使预制破片更好的飞散，根据壳体强度设计准则，本发明的爆炸装置的壳体2的厚度为2mm。

步骤S12：确定装填的炸药类型，采用LS-DYNA进行数值模拟，建立单一装药结构和复合装药结构的1/4有限元模型，如图9所示，开展驱动破片飞散的数值模拟，获取破片速度曲线。将高爆速炸药3和低爆速炸药4的可选参数带入复合装药结构的有限元模型，通过排列组合调整二者的参数和爆速比，根据数值模拟的结果，选取破片速度最高时对应的高爆速炸药3和低爆速炸药4类型。

步骤S13：根据所述步骤S12中获得的高爆速炸药3和低爆速炸药4类型，通过数值模拟破片速度结果，确定合适的破片材质和尺寸。

具体地，本发明的爆炸装置采用钨破片、钢破片，破片形状一般为正方体、球体，破片质量一般为6-10g，如图3所示。

步骤S14：通过数值模拟开展复合装药结构的爆轰波参数分析，确定高爆速炸药3和低爆速炸药4的装药尺寸。具体地，通过改变高爆速炸药3和低爆速炸药4的装药结构的具体尺寸参数，模拟驱动破片过程，获取沿高爆速炸药3的相邻矩形柱的对称面交线飞散的预制破片1的破片速度与飞散时间的曲线，对比复合装药与单一装药结构同一位置的破片速度。通过对比速度提升效果，确定最优的复合装药结构的尺寸。

步骤S15：设置同步起爆网络，如图1、图5所示。起爆网络5中的第一导爆索51和第二导爆索52同时引爆高爆速炸药3的两端，第一导爆索51和第二导爆索52长度相同，并由同一雷管引爆，保证起爆的同时性。

步骤S2中，爆炸装置的搭建过程为：

步骤S21：将高爆速炸药3制作为十字形柱状结构，将低爆速炸药4制作为扇形结构，并将低爆速炸药4装填在高爆速炸药3的十字形柱状结构的矩形柱之间组合后形成复合装药柱。

步骤S22：将预制破片1用胶带捆在复合装药柱的外表面，然后将壳体2套装于预制破片1的外侧。

可替换地，所述步骤S22中，当采用实施例2的预制破片1和壳体2的结构时，搭建的过程为：在壳体2内侧壁面的圆弧面凹槽21中涂抹胶水，将预制破片1的凸圆部11与圆弧面凹槽21配合并粘结固定；多个预制破片1的支撑部13相互接触并实现叠放；进一步地，当完成全部预制破片1与壳体2的装配后，预制破片1和壳体2形成圆筒形结构；将组合后的复合装药柱装入预制破片1和壳体2组成的圆筒形结构内。

步骤S23：将第一导爆索51和第二导爆索52的一端分别装入高爆速炸药3的中心圆柱的两端，并且另一端与雷管座6连接；最后将雷管装入雷管座6，并将雷管连接至起爆器。

步骤S3中，炸药的起爆过程为：

步骤S31：起爆雷管后，导爆索引爆高爆速炸药3。

步骤S32：由高爆速炸药3爆炸产生的汇聚爆轰波对低爆速炸药4形成挤压爆轰，使低爆速炸药4达到超压爆轰状态。

步骤S33：低爆速炸药4爆炸，其爆轰产物将驱动预制破片1加速，获得比常规爆轰产物驱动预制破片1更大的驱动冲击；同时，预制破片1飞散后将突破壳体2的约束，向四周飞散。

本发明的爆炸方法能够获得比常规爆轰产物驱动预制破片1更大的驱动冲击；进而能够获得更高的破片速度。

进一步地，本实施例的爆炸方法还包括，步骤S4：根据不同装药质量，在爆炸装置不同距离的多个位置处，轴向设置破片测速靶板，获取破片的飞散速度；通过数据对比，分析破片增益效果。如图10所示，与现有的爆炸装置相比，本发明的爆炸装置的破片速度显著提高。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案至少具有如下有益效果之一：

1.本发明的爆炸装置，采取十字形的高爆速炸药3和扇形的低爆速炸药4组成的复合装药结构设计以及两端中心起爆方式，形成内凹汇聚爆轰波，能够提升炸药爆炸的压力状态，提高爆轰产物做功能力，提升驱动破片速度。

2.本发明的起爆网络5设有两个长度相等的起爆索，进而实现对高爆速炸药3的两端同时引爆，本装置采取的两端起爆方式较其他起爆方式形成超压爆轰效果更明显，得到的爆压更大，破片速度提升更高。

3.本发明的爆炸装置，设置十字形的高爆速炸药3和扇形的低爆速炸药4周向间隔分布，通过四组扇形结构的低爆速炸药4的同时引爆，实现了预制破片1在圆周方向的同时飞散，保证爆炸装置的爆炸效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置，其特征在于，包括：预制破片（1）、壳体（2）、复合装药柱、起爆网络（5）和雷管座（6）；所述预制破片（1）安装于壳体（2）的内侧，且预制破片（1）的内侧设置有复合装药柱；所述复合装药柱包括高爆速炸药（3）和低爆速炸药（4）；所述高爆速炸药（3）与低爆速炸药（4）周向间隔设置，起爆网络（5）固定设置于高爆速炸药（3）的两端，且起爆网络（5）与雷管座（6）固定连接；

所述高爆速炸药（3）为十字形柱体结构；所述十字形柱体结构包括：中间的中心圆柱和四周的四个矩形柱，且四个矩形柱在中心圆柱的圆周方向对称分布；所述低爆速炸药（4）为扇形柱体结构；所述低爆速炸药（4）设置在高爆速炸药（3）的相邻的两个矩形柱之间；

所述起爆网络（5）包括：第一导爆索（51）和第二导爆索（52）；

所述第一导爆索（51）的一端与高爆速炸药（3）的一端连接，高爆速炸药（3）的另一端连接第二导爆索（52），且第一导爆索（51）和第二导爆索（52）的另一端连接雷管座（6）；

第一导爆索（51）和第二导爆索（52）的长度相同，用于两端同时引爆高爆速炸药（3）。

2.根据权利要求1所述的提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置，其特征在于，所述预制破片（1）为方形或球形。

3.根据权利要求1所述的提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置，其特征在于，所述预制破片（1）包括：凸圆部（11）、锥台部（12）和支撑部（13）；所述凸圆部（11）为具有圆弧面的半球体；所述支撑部（13）为矩形结构；所述凸圆部（11）与锥台部（12）的小端连接，所述支撑部（13）与锥台部（12）的大端连接；所述凸圆部（11）、锥台部（12）和支撑部（13）之间圆滑过渡。

4.根据权利要求3所述的提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置，其特征在于，所述壳体（2）的内壁面设置多排多列圆弧面凹槽（21）；圆弧面凹槽（21）能够与预制破片（1）的凸圆部（11）配合。

5.根据权利要求4所述的提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置，其特征在于，所述圆弧面凹槽（21）的曲率半径大于凸圆部（11）的曲率半径。

6.根据权利要求5所述的提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置，其特征在于，所述圆弧面凹槽（21）中涂抹有胶水，所述壳体（2）与预制破片（1）通过胶水粘接为一体。

7.根据权利要求1-6任一项所述的提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置，其特征在于，所述预制破片（1）位于复合装药柱的外层，材料采用钢钨合金材料或氧化物陶瓷。

8.根据权利要求1所述的提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置，其特征在于，预制破片（1）在壳体（2）的内侧圆柱面的圆周方向均匀分布多列，在壳体（2）的内侧圆柱面的轴线方向均匀分布多排。

9.根据权利要求1所述的提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置，其特征在于，所述雷管座（6）用于安装雷管。

10.一种提高破片速度的爆炸方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置；

所述爆炸方法包括以下步骤：

步骤S1：确定爆炸装置的整体尺寸、炸药类型和炸药尺寸；

步骤S2：搭建所述提高破片速度的周向复合装药结构爆炸装置；

步骤S3：点燃雷管引爆炸药，进而驱动预制破片（1）突破壳体（2）的约束飞散。

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