CN216308778U - 含能异型药型罩切割器结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种含能异型药型罩切割器结构，包括壳体、扩爆药柱、扩爆药室、雷管、楔形装药、聚能罩、预制切割体、含能块体，壳体为半封闭的矩形体结构，上部为封闭形式，底部向下开放，聚能罩装配在壳体内侧壁，向下与壳体的开放部分形成空穴，预制切割体设置在聚能罩的顶部中间位置，与聚能罩采用整体铸造成型或者固定连接方式装配成型，呈片状并朝向空穴处，含能块体填充于聚能罩和预制切割体之间。本实用新型的结构优势在于：预制切割体能够显著提高侵彻深度，含能块体利用聚能罩作为缓冲材料，显著降低了炸药爆轰压力的高压冲击，减少了在聚能切割体成型过程中质量或能量损失，使切割器成型聚能侵彻体兼具切割和爆炸的毁伤能力。

Description

含能异型药型罩切割器结构

技术领域

本实用新型属于工程爆破、特种爆破领域，尤其涉及一种含能异型药型罩切割器结构。

背景技术

线型聚能切割器(Linear Shaped Charge Cutter，LSCC)是指利用成型装药的聚能作用，采用楔形药型罩，对坚固目标进行比较规则切割的一种装备。线型聚能爆炸切割技术相对于机械切割、气割等传统的切割方法，具有效率高、速度快、成本低、适应性强、操作简便、安全可靠、受环境影响小、应用范围广等诸多优点，具有较强的军民用价值，广泛应用于宇航、军事、抢险救援和民用爆破领域。目前，根据聚能切割器作用的目标属性不同可以分为金属类目标(如钢板、钢索、钢管等金属板、壳、异型结构等)和非金属类目标(如混凝土、岩土、高强有机涂层等)。在对众多类型目标的毁伤破坏作用中，线型聚能切割器的侵彻能力是衡量切割器性能优劣的重要指标，而影响切割器切割能力的主要因素是切割器起爆后成型聚能侵彻体有效作用于目标的长度以及速度。目前各国学者主要通过调整切割器装药种类、装药结构、药型罩材料、药型罩结构、炸高等方式来提高切割器的侵彻能力，在满足一定的切割能力的情况下，尽量减少装药量、节约成本和减轻爆炸对环境的影响。《线型药型罩材料及其结构参数对成形性能影响的数值研究》一文中采用正交优化的方法，对某线型聚能装药切割器装药的主要参数进行优化设计，获得了线型聚能切割器各自的最佳参数组合，得到了线型聚能切割器最佳的参数方案。《起爆方式对线性聚能装药射流形成的影响》一文中研究了线起爆、端部点起爆、端部面起爆三种起爆方式对线性聚能装药成型切割体性能优劣的影响规律并提出了高效切割钢板目标的起爆及切割器设置方式。

通过以上研究可以看出，在目前现有技术手段的基础上，主要通过不断优化设计切割器参数(包括选用优质金属药型罩、高能炸药、异型装药、起爆方式等)使获得切割器成型聚能侵彻体的速度不断提高、切割器成型切割体的长度不断增大，切割器的切割能力不断被提高。然而在增加侵彻体长度的同时必然会过度拉伸有限质量的药型罩、在提高成型切割体速度的同时必然引起切割体头尾速度差变大，这些都极易造成稳定成型侵彻体断裂甚至断裂成几部分，影响切割器的切割能力。除此之外，切割器对目标的毁伤破坏模式较为单一，应用范围有限。

发明内容

针对现有技术中切割器对目标的切割能力有限、毁伤破坏模式较为单一，应用范围有限的问题，本实用新型提供一种含能异型药型罩切割器结构，该结构制作简单、实用性强。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：本实用新型提供一种含能异型药型罩切割器结构，包括壳体、扩爆药柱、扩爆药室、雷管、楔形装药、聚能罩、预制切割体、含能块体，壳体为半封闭的矩形体结构，上部为封闭形式，底部向下开放，矩形体结构上部横截面呈正梯形；聚能罩装配在壳体内侧壁，向下与壳体的开放部分形成空穴，预制切割体设置在聚能罩的顶部中间位置，与聚能罩采用整体铸造成型或者固定连接方式装配成型，呈片状并朝向空穴处，含能块体填充于聚能罩和预制切割体之间。

进一步地，预制切割体的朝向空穴处的一侧横截面的形状包括内凹型、直线型、外凸型。

进一步地，预制切割体朝向空穴一侧根部宽度为0.8-1.5倍药型罩厚度，长度为0.8-1倍药型罩高度且不超过空穴高度。

进一步地，含能块体基本构型为扁平状条形结构，含能块体顶点与聚能罩顶点之间的距离为0.01倍楔形装药宽度。

进一步地，预制切割体和聚能罩采用整体铸造或者装配加工方式成型。

进一步地，预制切割体和聚能罩的制作材料不同，预制切割体材料为密度较大、侵彻能力强的金属，聚能罩材料为具有良好延展性的金属。

进一步地，含能块体的材料为Zr基非晶合金、PTFE/Al活性材料或惰性炸药，含能块体为含能材料在聚能罩加工时通过预留的浇注空间及浇注孔填充到预制切割体和聚能罩之间形成。

进一步地，聚能罩基本构型为楔形、圆弧形、椭圆弧形、双曲线形；聚能罩锥角取值范围为α＝60°-100°，壁厚取值范围为δ＝0.06-0.10倍楔形装药宽度。

进一步地，壳体内壁两侧靠近底部位置设置横向的直线凹槽，用于与聚能罩相配合，聚能罩两侧边缘通过壳体的直线凹槽与壳体装配，向上围成的封闭空间内形成楔形装药，壳体厚度是楔形装药宽度的0.01倍，壳体的材料为铝合金或者不锈钢。

进一步地，扩爆药室为短管状，设置在楔形装药顶部内壁中心点，管状一端设置在装药内，另一端向上垂直穿过壳体。扩爆药室尺寸为

内部填充扩爆药形成扩爆药柱，扩爆药柱内置雷管插孔用于放置雷管，雷管为8#雷管。

本实用新型的含能异型药型罩切割器结构优势在于：该异型药型罩切割器结构的预制切割体能够显著提高切割器的切割深度，嵌入式含能块体能充分利用聚能罩自身结构作为缓冲材料，可以显著降低炸药爆轰压力对含能块体的高压冲击，减少了含能块体在聚能切割体成型过程中因破碎或提前反应而造成的质量或能量损失，本实用新型提出的切割器结构在提高切割器切割能力的同时使切割器成型聚能侵彻体兼具切割和爆炸的毁伤能力，能够实现对目标的二次毁伤效应，切割器结构简单，毁伤能力显著提高。

附图说明

图1为含能异型药型罩切割器结构示意图；

图2为预制切割体横截面形状示意图，(1a)为两侧向内凹的尖头型、(1b)为锥型、(1c)为尖椭圆型；

图3为含能异型药型罩切割器结构成型的复合聚能切割体示意图；

图4为传统切割器成型的聚能切割体示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

含能异型药型罩切割器结构，包括预制切割体1、聚能罩2、含能块体3、楔形装药4、扩爆药柱5、扩爆药室6、雷管7以及壳体8。

如图1所示，壳体8为半封闭的长矩形体结构，矩形体结构上部横截面呈正梯形，壳体8上部为封闭形式，底部为向下开放的形式，壳体8内壁两侧靠近底部位置设置横向的直线凹槽，用于与药型罩2相配合。壳体8的材料可以为铝合金或者不锈钢，采用机械加工或者铸造方式加工，壳体8厚度是楔形装药4宽度的0.01倍。

聚能罩2基本构型呈长片状，横截面可以是楔形、圆弧形、椭圆弧形、双曲线形、矩形等多种形式，设置时的片状的聚能罩“弓”起部分朝上，聚能罩2两侧边缘设置有凸块可以与壳体8的直线凹槽相配合，聚能罩2“弓”起部分与壳体8向上围成的封闭空间形成楔形装药4，向下与壳体8的开放部分形成空穴。

楔形装药4内填充主装药，主装药可以选择B炸药、TNT等高能炸药，炸药爆速可达7000-8500m/s，装药密度需达到1.7-1.9g/cm³。

聚能罩2的基本参数及取值范围如下：

(1)聚能罩2的材料选取原则为密度大、塑性好、高温下不易汽化的药型罩材料，主要包括Cu，Fe，W，Ta等，或者合金材料，如钨铜合金、钨铁镍合金等；

(2)切割器结构一般采用楔形罩，对于楔形罩，存在小楔角和大楔角的情况，本实用新型中聚能罩2锥角取值范围为建议值α＝60°-100°；

(3)聚能罩2最佳壁厚随聚能罩材料、锥角、直径以及有无外壳而变化。总的来说，聚能罩2最佳壁厚随罩材料比重的减小而增加，随罩锥角的增大而增加，随罩口径的增加而增加，随外壳的加厚而增加。本实用新型中聚能罩2壁厚取值范围为建议值δ＝0.06-0.10倍楔形装药4宽度；

(4)聚能罩2采用机械制造或者铸造方式加工。

预制切割体1设置在聚能罩2的底部中间位置，呈片状，横向长度与药型罩2的长度相同，聚能罩2可以与预制切割体1采用整体铸造的方式成型。也可以分开制作，以固定连接形式进行装配成型。

采用固定连接形式时，聚能罩2底部中间位置预留横截面为“倒三角”型的缺口，用以与预制切割体1装配。预制切割体1片状边缘一侧与聚能罩2垂直相接，相接处横截面呈“正三角”形，嵌入到聚能罩2的缺口处；另一侧边缘朝向壳体8的空穴处。无论是整体成型的加工方式还是固定连接形式，预制切割体1朝向空穴处的一侧横截面的形状包括三种，具体为：内凹型、直线型、外凸型。

内凹型预制切割体头部尖锐，切割体与目标初始作用时接触面积小，切割能力强。配合选用高密度材料将进一步提高预制切割体切割能力，适合针对高强、高硬类目标产生较小爆破缺口类型的切割；外凸型预制切割体头部钝粗，适宜针对目标产生较大爆破缺口类型的切割作业；直线型预制切割体加工制作工艺简单，能够有效完成针对多数普通目标的快速、高质量切割。

预制切割体1朝向空穴一侧的根部宽度为0.8-1.5倍药型罩2壁厚，该宽度值与切割器成型聚能侵彻体头部宽度匹配；预制切割体1朝向空穴处一处的高度为0.8-1倍药型罩2的“弓”形高度，且高度不超过壳体8的空穴高度以免影响聚能装药结构的高度。

预制切割体1和聚能罩2可以选取同种材料采用整体铸造方式加工成型，也可以采用不同的材料进行机械装配方式加工成型。当两者为不同材料时，预制切割体1的材料为密度较大、侵彻能力强的金属，如金属钽；而聚能罩2的材料为紫铜、工业纯铁等具有良好延展性的金属。

当预制切割体1和聚能罩2采用整体铸造方式加工成型时，要在聚能罩2上预留含能块体3材料的浇注空间及浇注孔，含能块体3融化后通过浇注孔填充到预制切割体1和聚能罩2之间。当预制切割体1和聚能罩2采用机械装配方式加工成型时，含能块体3采用固体加工成型并与预制切割体1和聚能罩2一并装配加工成型。

含能块体3由含能材料制作，含能块体3可以选择Zr基非晶合金、PTFE/Al活性材料或惰性炸药，采用内部嵌入的形式，填充在预制切割体1和聚能罩2的中间部位，其基本构型为扁平状条形结构。聚能罩2顶点与含能块体3顶点之间的距离，即炸药到含能块体的最近距离为0.01倍楔形装药4装药宽度，此距离的选择以炸药起爆后产生冲击波不能冲击起爆含能块体3为宜。此时，含能块体3充分利用了聚能罩2自身结构作为缓冲材料，可以显著降低炸药爆轰压力对含能材料的高压冲击，减小了含能材料在聚能切割体成型过程中因破碎或提前反应而造成的质量或能量损失。

扩爆药室6为短管状，设置在楔形装药4顶部内壁中心点，管状一端设置在装药3内，另一端向上垂直穿过壳体8。扩爆药室6尺寸为

内部填充扩爆药形成扩爆药柱5，扩爆药可以选择特屈儿、钝化黑索金、太恩或其他感度较高的炸药，此类炸药对雷管7的击发冲量比主装药的炸药更为敏感。扩爆药柱5内置雷管插孔用于放置雷管7，雷管7选择8#雷管。

一般切割器结构的切割能力对炸高极为敏感，炸高太大则成型聚能侵彻体容易发生断裂，炸高太小则侵彻体未能完全成型，这两种情况均会显著影响切割器的切割能力。本实用新型设计的含能异型药型罩切割器结构炸高取值范围为建议值2cm-5cm。

本实用新型含能异型药型罩装药结构起爆后作用过程如下:

含能异型药型罩切割器结构采用端部单点中心起爆方式，雷管7起爆后首先激发扩爆药柱5起爆并引爆主装药，主装药可视为沿楔形装药4端部中心点被引爆。主装药起爆后，沿楔形装药4分别产生朝向空穴处传播和朝向聚能罩2边缘位置传播的连续爆轰波。

该连续爆轰波在朝向空穴方向传播时依次作用于聚能罩2顶部和含能块体3顶部使得聚能罩2翻转成型，一定厚度的聚能罩2作为天然的缓冲材料可以大幅降低爆轰波对含能块体3的高速冲击，减小了含能材料在爆炸成型过程中因破碎或提前反应而造成的质量或能量损失。该连续爆轰波在朝向药型罩边缘位置传播时按照爆轰波作用时间先后顺序依次作用于含能块体3和聚能罩2的顶点到边缘位置，对应形成了聚能切割体的头部和尾部。

在聚能切割体成型过程中，预制切割体1作为切割器切割效应的主体结构，外形特征基本不发生改变，聚能罩2包覆含能块体3同步发生翻转变形分别成型紧邻预制切割体1的聚能切割体和含能体，其中含能块体3密实填充于预制切割体1和聚能罩成型的切割体之间，当聚能切割体与目标作用时首先由预制切割体1高速切割目标并形成初始切割缺口，随着切割深度的不断增加预制切割体1磨蚀殆尽，此时其内部包覆的含能材料开始作用于目标并产生既定的含能材料毁伤效应，从而对目标产生二次毁伤破坏效应。

以上所述，仅为本实用新型最佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种含能异型药型罩切割器结构，其特征在于：包括壳体、扩爆药柱、扩爆药室、雷管、楔形装药、聚能罩、预制切割体、含能块体；壳体为半封闭的矩形体结构，上部为封闭形式，底部向下开放，矩形体结构上部横截面呈正梯形；聚能罩装配在壳体内侧壁，向下与壳体的开放部分形成空穴，预制切割体设置在聚能罩顶部中间位置，与聚能罩采用整体铸造成型或者固定连接方式装配成型，呈片状并朝向空穴处，含能块体填充于聚能罩和预制切割体之间。

2.根据权利要求1所述的含能异型药型罩切割器结构，其特征在于：预制切割体的朝向空穴处的一侧横截面的形状包括内凹型、直线型、外凸型。

3.根据权利要求1所述的含能异型药型罩切割器结构，其特征在于：预制切割体朝向空穴一侧根部宽度为0.8-1.5倍药型罩厚度，长度为0.8-1倍药型罩高度且不超过空穴高度。

4.根据权利要求1至3任一所述的含能异型药型罩切割器结构，其特征在于：所述含能块体基本构型为扁平状条形结构，含能块体长度与药型罩长度相等，所述含能块体顶点与所述聚能罩顶点之间的距离为0.01倍装药宽度。

5.根据权利要求1所述的含能异型药型罩切割器结构，其特征在于：预制切割体和聚能罩采用整体铸造或者装配加工方式成型。

6.根据权利要求1所述的含能异型药型罩切割器结构，其特征在于：预制切割体和聚能罩的制作材料不同，预制切割体材料为金属钽，聚能罩材料为紫铜或工业纯铁。

7.根据权利要求6所述的含能异型药型罩切割器结构，其特征在于：含能块体的材料为Zr基非晶合金、PTFE/Al活性材料或惰性炸药，含能块体为含能材料在聚能罩加工时通过预留的浇注空间及浇注孔填充到预制切割体和聚能罩之间形成。

8.根据权利要求1至3、5至7任一所述的含能异型药型罩切割器结构，其特征在于：聚能罩基本构型为楔形、圆弧形、椭圆弧形、双曲线形；聚能罩锥角取值范围为α＝60°-100°，壁厚取值范围为δ＝0.06-0.10倍楔形装药宽度。

9.根据权利要求1至3、5至7任一所述的含能异型药型罩切割器结构，其特征在于：壳体内壁两侧靠近底部位置设置横向的直线凹槽，用于与聚能罩相配合，聚能罩两侧边缘通过壳体的直线凹槽与壳体装配，向上围成的封闭空间内形成楔形装药，壳体厚度是楔形装药宽度的0.01倍，壳体的材料为铝合金或者不锈钢。

10.根据权利要求1至3、5至7任一所述的含能异型药型罩切割器结构，其特征在于：扩爆药室为短管状，设置在楔形装药顶部内壁中心点，管状一端设置在装药内，另一端向上垂直穿过壳体；扩爆药室尺寸为

内部填充扩爆药形成扩爆药柱，扩爆药柱内置雷管插孔用于放置雷管，雷管为8#雷管。

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