肖師云，劉俞平，涂興文，高 位，黃開(kāi)書(shū)，毛 川

(1.重慶紅宇精密工業(yè)有限責(zé)任公司，重慶 402760； 2.空軍駐西南地區(qū)代表室，重慶 402760)

由于鋁粉在爆轟波陣面后的二次反應(yīng)中放出高熱量，故含鋁炸藥在爆轟時(shí)可產(chǎn)生較高的爆熱和爆溫，從而具有較高的作功能力[1-2]。含鋁炸藥具有較寬的爆轟反應(yīng)區(qū)，偏離CJ爆轟理論中反應(yīng)在CJ面上完成的假設(shè)，其爆轟呈現(xiàn)顯著的非理想特征，通常評(píng)價(jià)理想炸藥爆轟性能的方法，不適用于含鋁炸藥[3]。一般認(rèn)為，含鋁炸藥在大裝藥尺寸和強(qiáng)約束條件下，其非理想爆轟特征才容易被觀察到。含鋁炸藥的25 mm和50 mm圓筒試驗(yàn)結(jié)果表明[3]：裝藥尺寸和約束條件對(duì)含鋁炸藥爆轟特征有顯著的影響。炸藥中加入鋁粉后，炸藥的爆速、爆壓及爆容下降，爆熱和爆溫提高，單純采用爆速難以有效評(píng)價(jià)含鋁炸藥對(duì)破片的加速能力。因此，針對(duì)特定口徑和約束條件，開(kāi)展不同鋁粉含量炸藥對(duì)全預(yù)制破片的加速能力的試驗(yàn)研究，是獲得具有更強(qiáng)破片加速能力的含鋁炸藥的重要手段，可為含鋁炸藥配方優(yōu)選及提高破片戰(zhàn)斗部威力提供支撐。

1 試驗(yàn)方法

采用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)彈結(jié)構(gòu)，通過(guò)裝填不同炸藥進(jìn)行地面靜爆試驗(yàn)，測(cè)試破片的速度和破片對(duì)同一狀態(tài)鋼靶的穿甲率，利用破片速度和穿甲率兩項(xiàng)參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)炸藥對(duì)金屬的加速能力。試驗(yàn)彈的破片初速采用格尼模型計(jì)算[4]。

(1)

(2)

2 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)彈設(shè)計(jì)

格尼能E與炸藥爆速D的關(guān)系為

(3)

式(3)中γ為爆轟產(chǎn)物的多方指數(shù)，通常取3，則有

(4)

由式(1)和式(4)可知，當(dāng)炸藥的爆速每增加100 m/s，格尼速度增加35 m/s，破片初速增加約18～30 m/s。為了避免試驗(yàn)中各種干擾因素對(duì)速度測(cè)試的影響，準(zhǔn)確獲取真實(shí)結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)彈設(shè)計(jì)采取了以下技術(shù)措施：

1) 試驗(yàn)彈直徑針對(duì)特定應(yīng)用條件設(shè)定為200 mm；殼體材料為鋁合金；

2) 以試驗(yàn)彈軸向破片速度最大處為中心，設(shè)置10圈全預(yù)制鎢合金破片，破片尺寸為6 mm×6 mm×6 mm且全部破片采用等初速設(shè)計(jì)；

3) 中心管對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，起爆點(diǎn)設(shè)置在軸線中心。

標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)彈結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于破片采用等初速設(shè)計(jì)，研究試驗(yàn)時(shí)可避免破片速度差和試驗(yàn)彈結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)破片速度測(cè)試帶來(lái)的干擾，從而準(zhǔn)確評(píng)估炸藥對(duì)破片的加速能力。

3 破片加速試驗(yàn)方案及結(jié)果

含鋁炸藥爆轟中鋁的反應(yīng)受到炸藥爆轟產(chǎn)物的組分、鋁粉含量和尺寸、裝藥約束條件等多種因素的影響[5-7]，其中鋁粉含量是影響含鋁炸藥對(duì)破片加速能力的重要因素之一。針對(duì)以HMX為基的PBX炸藥，通過(guò)添加不同含量鋁粉進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)彈的靜爆試驗(yàn)，并以某PBX炸藥為對(duì)比基礎(chǔ)，開(kāi)展不同鋁粉含量的含鋁炸藥對(duì)破片的加速能力試驗(yàn)研究。鋁粉含量設(shè)計(jì)在10%～25%之間，炸藥固相含量為91%，對(duì)比試驗(yàn)彈及裝填炸藥鋁粉含量見(jiàn)表1。

表1 對(duì)比試驗(yàn)彈及裝填炸藥鋁粉含量

為對(duì)比分析標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)彈的破片穿甲能力，需在特定距離處設(shè)置特定厚度的鋼靶板，靶板的厚度和布置距離應(yīng)以破片打擊速度滿足對(duì)預(yù)定厚度鋼靶板的彈道極限為條件。彈道極限是用于評(píng)定靶板和射彈或破片性能的速度值，規(guī)定的撞擊體具有這樣的速度就能夠穿透規(guī)定材料、規(guī)定厚度并按規(guī)定條件安裝的靶板[8]。破片對(duì)鋼靶板的彈道極限速度V50按下式計(jì)算[9]：

(5)

式(5)中:h為靶板厚度(m);α為破片入射角(°);mf為破片質(zhì)量(kg);k為試驗(yàn)修正系數(shù)。

根據(jù)預(yù)估的試驗(yàn)彈破片初速和破片速度衰減系數(shù)，可計(jì)算得到滿足要求的鋼靶板厚度和設(shè)置距離。破片在某距離處的速度與初速的關(guān)系為

Vx=V0·e-γx

(6)

式(6)中:Vx為離爆心距離X處的破片速度;γ為破片速度衰減系數(shù)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，試驗(yàn)時(shí)在距爆心12 m處設(shè)置12 mm厚鋼靶板，用于觀測(cè)破片穿甲率。采用高速攝影測(cè)試破片在距爆心8 m內(nèi)的平均速度，試驗(yàn)布置如圖2所示。

試驗(yàn)獲得的破片平均速度和穿甲率見(jiàn)表2。根據(jù)測(cè)定的破片平均速度(相當(dāng)于4 m處的破片速度)，利用式(6)即可獲得破片初速。

表2 破片平均速度及穿甲率測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明：炸藥添加鋁粉后試驗(yàn)彈的破片速度均有提高，其中編號(hào)3的試驗(yàn)彈的破片平均速度和破片穿甲率最高，對(duì)應(yīng)裝藥的鋁粉含量為20%，與基準(zhǔn)炸藥相比破片平均速度最大提高5.5%。

4 分析與討論

從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，加入鋁粉后的炸藥在薄殼弱約束下對(duì)全預(yù)制破片的加速能力均有一定提升，鋁粉含量為20%時(shí)加速能力最強(qiáng)。

由于不同約束條件下鋁粉反應(yīng)速度和反應(yīng)量會(huì)不同，造成含鋁炸藥能量釋放速率和釋放量有差異，故含鋁炸藥達(dá)到最佳破片加速能力時(shí)的鋁粉含量受戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)的影響，此外鋁粉尺寸也會(huì)影響其反應(yīng)速度，因此在特定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)下開(kāi)展含鋁炸藥對(duì)破片加速能力最大化的最佳鋁粉含量研究顯得尤為重要。

5 結(jié)論

HMX基PBX炸藥加入一定量的鋁粉后，在鋁合金薄殼約束下對(duì)全預(yù)制破片的加速能力有一定提升，本試驗(yàn)研究條件下鋁粉含量為20%時(shí)加速能力最強(qiáng)；含鋁炸藥對(duì)破片加速能力達(dá)到最大時(shí)的最佳鋁粉含量與戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)相關(guān)。