李天宇，王雨時(shí)，聞 泉，張志彪，王光宇

(南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 南京 210094)

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，日益復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)武器系統(tǒng)提出了更高的要求[1]。傳統(tǒng)作戰(zhàn)平臺(tái)如航母、飛機(jī)上裝備的各種彈藥，在遭遇如沖擊、撞擊、射流和高溫等突發(fā)情況時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)烤燃、殉爆、膛炸等事故，這在很大程度上會(huì)威脅己方人員的生存和作戰(zhàn)能力。第二次世界大戰(zhàn)期間，日本的“大鳳號(hào)”航空母艦因?yàn)檩斢凸芫€開(kāi)裂引發(fā)火災(zāi)，火焰烤燃彈藥最終導(dǎo)致整艘航母被引燃，發(fā)生毀滅性爆炸[2]。第二次世界大戰(zhàn)以后，也多次發(fā)生彈藥在貯存、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中的爆炸事件。1991年，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中美軍一輛彈藥補(bǔ)給車突發(fā)火災(zāi)，起火后產(chǎn)生的高溫引發(fā)相鄰彈藥的連環(huán)爆炸，造成3名美軍士兵死亡，56人受傷，補(bǔ)給車隊(duì)中多數(shù)車輛被毀[3]。一系列慘痛教訓(xùn)表明：彈藥系統(tǒng)必須滿足不敏感特性即鈍感特性[4]，才能在一定程度上減少作戰(zhàn)過(guò)程中的人員和財(cái)產(chǎn)損失。

不敏感彈藥技術(shù)貫穿于武器系統(tǒng)的全壽命周期[2]，不僅僅是針對(duì)戰(zhàn)斗部的要求，還涉及引信、底火等裝置中包含的一系列爆炸元件。為使武器系統(tǒng)的安全性能達(dá)到鈍感彈藥標(biāo)準(zhǔn)，西方國(guó)家從20世紀(jì)80年代開(kāi)始研發(fā)低易損性炸藥、低易損性發(fā)射藥、低易損性推進(jìn)劑和低易損性的爆炸序列[5]。20世紀(jì)90年代初期，美國(guó)國(guó)防部、能源部以及航天局在關(guān)于火工品技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃中多次提到激光點(diǎn)火技術(shù)和鈍感高能傳爆技術(shù)，主要目的就是革新起爆和傳爆技術(shù)，實(shí)現(xiàn)爆炸元件的鈍感特性[6]。由此可以看出：鈍感爆炸元件是伴隨鈍感彈藥的發(fā)展而誕生的。爆炸元件在彈藥中處在發(fā)火序列的起始位置，往往是整個(gè)彈藥中最敏感的部分。傳統(tǒng)爆炸元件敏感度較高、抗干擾能力弱，遇到意外刺激時(shí)容易誤發(fā)火，經(jīng)常成為彈藥安全事故的元兇。因此在發(fā)展鈍感彈藥時(shí)，必須首先大力發(fā)展鈍感爆炸元件[7]。

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，國(guó)外鈍感彈藥技術(shù)的研究已經(jīng)取得不小進(jìn)展，鈍感彈藥技術(shù)已應(yīng)用于各類產(chǎn)品型號(hào)，如航空炸彈、火箭彈、導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部、魚雷、水雷等[4-5]。我國(guó)鈍感彈藥的研究起步較晚，整體落后于國(guó)外的研究水平，研制和使用高安全性的新型鈍感爆炸元件，就擺在尤為突出的位置。整體來(lái)看，我國(guó)對(duì)鈍感爆炸元件的研究工作進(jìn)展較慢，還沒(méi)有建立完備的鈍感爆炸元件評(píng)估和測(cè)試體系。雖然目前鈍感爆炸元件的研制和生產(chǎn)成本較高，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度考慮，鈍感爆炸元件的使用在很大程度上保證了武器系統(tǒng)的安全性，有利于減少在戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境下由于意外事故而造成的士兵傷亡。由此看來(lái)，鈍感爆炸元件的發(fā)展對(duì)于保證武器系統(tǒng)的安全性具有現(xiàn)實(shí)意義。為了給我國(guó)鈍感爆炸元件發(fā)展提供參考，本文主要介紹了國(guó)內(nèi)外鈍感爆炸元件的發(fā)展過(guò)程，重點(diǎn)總結(jié)了實(shí)現(xiàn)爆炸元件鈍感化的主要技術(shù)手段，并指出了目前鈍感爆炸元件在設(shè)計(jì)方面的主要思路。

1 關(guān)于鈍感的定義

火工品是指可用預(yù)定刺激量激發(fā)其中裝藥，并以裝藥爆炸或燃燒產(chǎn)生的效應(yīng)完成點(diǎn)燃、起爆功能以及作為某種特定動(dòng)力能源等的器件或裝置[8]。火工品自誕生以來(lái)，人們就一直關(guān)注其自身在安全方面的性能[9]。然而，在不同類別的火工品中，對(duì)于鈍感的定義也不盡相同。在爆炸元件中，比如通常比較敏感的雷管，為了保證引信爆炸序列工作可靠，要控制雷管威力的下限；但是要保證現(xiàn)代引信的隔爆安全性，又必須控制雷管威力的上限[9]。雷管威力過(guò)大，造成隔爆失效，在勤務(wù)處理中如果意外發(fā)火的話，對(duì)引信的安全性影響很大。在GJB 344A—2005中規(guī)定的鈍感起爆器中，A類鈍感電起爆器要求在21±3 ℃和107±3 ℃的溫度條件下，對(duì)每個(gè)橋路施加最小1 A相應(yīng)功率最小1 W的直流電流時(shí)，要能夠保證爆炸元件在5 min中不發(fā)火(簡(jiǎn)稱1A1W 5 min)。此外，GJB 373A—1997中也提及電起爆器的感度要求，除了要求滿足GJB 344A—2005中所對(duì)應(yīng)的性能，還要求電起爆器在受到500 V以下的任何電壓作用時(shí)均不能被起爆。索類爆炸元件主要是起到傳遞能量和延期起爆的作用，目前在鈍感方面的規(guī)定和要求尚未見(jiàn)到。

本文所關(guān)注的是鈍感彈藥即不敏感彈藥中所定義的鈍感。鈍感彈藥即不敏感彈藥中的爆炸元件未必就是鈍感爆炸元件，未必就是比上述1A1W 5 min不發(fā)火要求還鈍感的爆炸元件。因?yàn)殁g感彈藥即不敏感彈藥是整體進(jìn)行評(píng)價(jià)的，對(duì)鈍感彈藥即不敏感彈藥中引信的安全性要求并沒(méi)有像MIL—STD—1316那樣有具體的系統(tǒng)性標(biāo)準(zhǔn)文件。但從總體上看，裝藥比MIL—STD—1316許用直列火炸藥裝藥更為鈍感的爆炸元件，有利于鈍感彈藥及其引信鈍感功能的實(shí)現(xiàn)。本文即是主要評(píng)述這樣的爆炸元件，其基本要求是鈍感爆炸元件在遭遇意外危險(xiǎn)刺激時(shí)，只發(fā)生燃燒反應(yīng)而不爆轟[10]。

2 鈍感爆炸元件的研究現(xiàn)狀

開(kāi)展鈍感爆炸元件的研制工作，主要是通過(guò)使用新型含能材料，對(duì)傳統(tǒng)爆炸元件進(jìn)行改良或者革新。傳統(tǒng)爆炸元件對(duì)撞擊、摩擦等外部刺激非常敏感，稍受外力就會(huì)產(chǎn)生激烈的爆炸[6]。通常為了實(shí)現(xiàn)其不敏感性，總要通過(guò)減少壓藥量或壓藥密度來(lái)降低感度，這在一定程度上影響了爆炸元件起爆、傳爆時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性[11]。同時(shí)，這種方法往往效果有限，無(wú)法真正達(dá)到鈍感特性要求。含能材料的鈍感化研究，一直是鈍感彈藥研究中的關(guān)鍵技術(shù)之一。研發(fā)新型鈍感含能材料并應(yīng)用到爆炸元件中，替代原先的敏感裝藥，進(jìn)而降低爆炸元件自身感度，可以從根本上解決爆炸元件的不安全問(wèn)題。

2.1 鈍感雷管

雷管是將機(jī)械能、熱能、電能或化學(xué)能轉(zhuǎn)換成爆轟能量的起爆元件[8]。早在1865年，瑞典科學(xué)家諾貝爾就發(fā)明了以雷汞為主裝藥的雷管。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)于起爆安全性認(rèn)識(shí)的不斷加強(qiáng)，雷管中的裝藥類型和結(jié)構(gòu)也在朝著更加安全的方向發(fā)展[12]。傳統(tǒng)的針刺雷管的裝藥結(jié)構(gòu)一般分為3層：上層針刺發(fā)火藥，中間層為起爆藥，輸出端為猛炸藥。中間層起爆藥的作用主要是傳遞足夠能量，使得輸出端猛炸藥燃燒轉(zhuǎn)爆轟，從而實(shí)現(xiàn)起爆。然而在生產(chǎn)和使用過(guò)程中，為可靠起爆猛炸藥，中間層起爆藥往往采用感度很高的含能材料，如疊氮化鉛[8]。這在很大程度上影響到爆炸元件的安全性能，同時(shí)還帶來(lái)環(huán)境污染等一系列問(wèn)題。因此，研發(fā)出能夠替代起爆藥的新型含能材料，成為實(shí)現(xiàn)雷管鈍感化的主要手段之一[13]。

2014年，美國(guó)專利US8776689[14]提及一種用于不敏感彈藥系統(tǒng)中的雷管。在該雷管中，用不敏感藥柱代替?zhèn)鹘y(tǒng)的敏感裝藥斯蒂芬酸鉛或疊氮化鉛，組成3級(jí)傳爆序列。3級(jí)藥柱依次傳遞反應(yīng)，最終主裝藥爆轟的啟動(dòng)只能在最后一級(jí)藥柱反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行。3級(jí)不敏感藥柱采用不同的壓藥壓力，其中最后一級(jí)的壓藥壓力約為第一段壓藥壓力的兩倍。該雷管中的藥柱可以選用多種不敏感含能材料，如LX-04、PBX-9407、AFX-521、PAX-3等。此外，該種雷管已經(jīng)在手榴彈、航空炸彈、火箭彈、迫擊炮彈、地雷等武器裝備中得到廣泛運(yùn)用。圖1是M213手榴彈引信，原先使用C70雷管，圖2是換用了新型3級(jí)不敏感裝藥雷管后的引信。

圖1 使用C70雷管的M213引信

圖2 應(yīng)用新型3級(jí)不敏感裝藥雷管后M213引信

2014年，英國(guó)泰勒斯公司的勞里·特納等[15]為“寶石路IV”激光制導(dǎo)炸彈中所使用的“極光引信”設(shè)計(jì)了一款不敏感雷管，如圖3所示。在該型號(hào)雷管中，使用鈍感含能材料PBXW-11替換原先雷管中的含能材料，其中，該種裝藥的沖擊靈敏度為1.8 GPa，并且通過(guò)了高過(guò)載等極端環(huán)境試驗(yàn)的檢測(cè)。圖4為試驗(yàn)時(shí)所用“寶石路IV”激光制導(dǎo)炸彈。

圖3 PBXW-11型不敏感雷管

圖4 試驗(yàn)用“寶石路IV”激光制導(dǎo)炸彈

根據(jù)STANAG 4439的總要求，分別對(duì)使用該型號(hào)雷管和使用現(xiàn)有型號(hào)雷管的“寶石路IV”激光制導(dǎo)炸彈進(jìn)行了不敏感彈藥的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1和表2所列。

表1 使用PBXW-11型不敏感雷管的“寶石路IV”激光制導(dǎo)炸彈不敏感試驗(yàn)結(jié)果

表2 使用現(xiàn)有型號(hào)雷管的“寶石路IV”激光制導(dǎo)炸彈不敏感試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)比表1和表2的測(cè)試結(jié)果可以看出：使用現(xiàn)有型號(hào)雷管的“寶石路IV”激光制導(dǎo)炸彈，無(wú)法達(dá)到現(xiàn)在彈藥系統(tǒng)中提出的不敏感要求。而在換裝PBXW-11型不敏感雷管后，除聚能射流沖擊和殉爆環(huán)境下無(wú)法滿足要求外，其他條件下均滿足不敏感要求。盡管PBXW-11型不敏感雷管無(wú)法滿足不敏感彈藥試驗(yàn)的所有標(biāo)準(zhǔn)要求，但是相比于原先型號(hào)的雷管，使用PBXW-11型不敏感雷管對(duì)于改善原先武器系統(tǒng)整體的不敏感性能仍具有重要意義。

2.2 鈍感傳爆管

傳爆管由傳爆管殼和傳爆藥組成，其作為引信爆炸序列的最后一級(jí)單元，決定著整個(gè)武器系統(tǒng)威力的有效輸出。傳爆藥作為引信爆炸序列中的主要裝藥，一直以來(lái)都是引信裝藥鈍感化的主要對(duì)象。國(guó)外從20世紀(jì)80年代以后，結(jié)合鈍感彈藥的研究，開(kāi)展了鈍感傳爆藥的研究。美國(guó)在20世紀(jì)90年代研制出了鈍感傳爆藥，其中有6種為壓裝型，如LX-14(N)、PBXW-11、PBXW-31等；4種為鑄裝型，即ERDOC-301、OCTOL85/15、PBXW-129(Q)和PBXN-110。

國(guó)外曾經(jīng)將鈍感傳爆藥的性能和要求歸納為[16]：撞擊起爆感度不高于特屈兒；沖擊波起爆感度不高于特屈兒；傳爆和輸出特性類似于特屈兒；在快速烤燃和慢速烤燃條件下都只能發(fā)生溫和的反應(yīng)；批量生產(chǎn)工藝性好。

美國(guó)多次修訂《引信安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》，并建立了火炸藥安全性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法。美國(guó)國(guó)防部在2017年最新頒布的MIL—STD—1316F《引信安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》中，明確列出了一系列鈍感傳爆藥[17]。鈍感傳爆藥的研究，通常是在傳統(tǒng)藥劑中加入鈍感劑，常用的鈍感劑主要有蠟類、高聚物及硝基化合物等，如美國(guó)研制的PBX-9604，其主要成分為黑索今，通過(guò)加入4%的鈍感劑(800號(hào)氟樹(shù)脂)，提高對(duì)于極端環(huán)境刺激的承受能力，實(shí)現(xiàn)藥劑的鈍感化要求。英國(guó)研制的BX系列鈍感火炸藥，則主要以TATB成分為主，加入一定比例的硝銨，在保證輸出威力基本不變的前提下，降低彈藥的感度[1]。表3列出了一些常用鈍感劑及其物理性能[18]。表4列出了美國(guó)、英國(guó)和法國(guó)典型鈍感傳爆藥的配方[19]。

目前，我國(guó)常用的傳爆藥有聚黑-14、聚奧-9、鈍黑-5等，這些含能材料目前已經(jīng)通過(guò)了GJB 2178中規(guī)定的各項(xiàng)試驗(yàn)。但是這些傳統(tǒng)的傳爆藥已經(jīng)不能滿足STANAG 4439中規(guī)定的6項(xiàng)鈍感試驗(yàn)的要求[20]。因此，必須研制用于不敏感彈藥的新型鈍感傳爆藥。我國(guó)現(xiàn)有的不敏感傳爆藥中，主要是以TATB基、LLM-105基、2，5-二苦基-1，3，4-噁二唑(DPO)基的三類不敏感傳爆藥。其中聚黑苯(組分為RDX/TATB/氟橡膠)和聚奧苯(組分為HMX/TATB/氟橡膠)系列傳爆藥，具有較低的機(jī)械感度和較高的沖擊波感度，能夠滿足鈍感傳爆藥的要求。而LLM-105/EPDM傳爆藥，已通過(guò)GJB 2178A的9項(xiàng)安全性試驗(yàn)[21]。

2017年，西安近代化學(xué)研究所黃亞峰等[22]研制了一種新型高能壓裝鈍感傳爆藥，并給出了制備方法。該種鈍感傳爆藥由混晶復(fù)合材料(由1，1-二氨基-2，2-二硝基乙烯和黑索今構(gòu)成)和黏結(jié)劑組成，其中粘結(jié)劑的制備采用乳液法。該種不敏感傳爆藥，除滿足快速烤燃、慢速烤燃、槍彈打擊和破片撞擊等4項(xiàng)不敏感試驗(yàn)要求外，還兼具優(yōu)良的爆轟輸出能力。該傳爆藥相比于國(guó)外典型產(chǎn)品PBXN-6，除滿足通用安全性指標(biāo)和不敏感要求外，其成型密度要優(yōu)于PBXN-6。

表3 一些常用鈍感劑及其物理性能

表4 美國(guó)、英國(guó)和法國(guó)典型鈍感傳爆藥配方

此外，還可從傳爆管殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度，優(yōu)化其殼體結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)鈍感化要求。圖5為傳爆管殼體泄壓槽結(jié)構(gòu)示意圖，其主要原理是當(dāng)彈體受到極端環(huán)境沖擊時(shí)，彈內(nèi)壓力上升導(dǎo)致殼體提前破壞，從而泄壓，使傳爆藥不發(fā)生反應(yīng)，以防止引爆主裝藥[10]。2008年，北約彈藥安全信息分析中心公布了對(duì)美國(guó)空軍AGM-158 JASSM(聯(lián)合空對(duì)面防區(qū)外導(dǎo)彈)(如圖6所示)鈍感化改進(jìn)方案，其中一項(xiàng)就是使用帶有泄壓裝置的引信傳爆管。

圖5 傳爆管殼開(kāi)泄壓槽示意圖

圖6 美國(guó)空軍 AGM-158 聯(lián)合空對(duì)面防區(qū)外導(dǎo)彈

當(dāng)然，目前還出現(xiàn)了將兩種手段綜合起來(lái)考慮的引信傳爆管設(shè)計(jì)，即不僅更換傳爆藥，同時(shí)又在傳爆管殼上設(shè)有泄壓孔。如目前美國(guó)陸軍60 mm口徑迫擊炮彈(如圖7所示)所使用的M720E1引信。該引信相比于原先所使用的M720引信，最主要特點(diǎn)就是將先前較為敏感的傳爆藥替換為新型鈍感傳爆藥PBXN-5；同時(shí)在傳爆管的殼體四周開(kāi)設(shè)泄壓孔，并在泄壓孔中填充有塑性材料。通過(guò)上述一系列的不敏感改造，M720E1引信滿足了快速烤燃試驗(yàn)的要求。

圖7 換裝M720E1引信的美國(guó)陸軍60 mm口徑迫擊炮彈

3 鈍感爆炸元件發(fā)展遇到的問(wèn)題及對(duì)策

鈍感爆炸元件的出現(xiàn)，雖然使得彈藥在勤務(wù)處理等過(guò)程中的安全性大大增強(qiáng)，但是其使用過(guò)程中也出現(xiàn)了許多問(wèn)題。在鈍感爆炸元件的使用過(guò)程中，往往會(huì)發(fā)生裝藥無(wú)法有效起爆、傳爆或彈藥只是部分反應(yīng)等問(wèn)題。此外，新型爆炸元件中運(yùn)用的復(fù)雜技術(shù)往往導(dǎo)致爆炸元件尺寸較大，并導(dǎo)致日常維護(hù)保養(yǎng)工作更加繁瑣等一系列后續(xù)問(wèn)題，阻礙了新型爆炸元件技術(shù)的進(jìn)一步推廣。

3.1 起爆可靠性問(wèn)題

傳統(tǒng)爆炸元件在使用過(guò)程中，由于本身感度較高，極易受到外界環(huán)境刺激而被意外引爆，這也使得安全事故頻發(fā)[20]。鈍感爆炸元件在發(fā)展初期，主要工作是通過(guò)降低裝藥的感度，尤其是將傳統(tǒng)爆炸元件中的火炸藥直接替換為新型鈍感藥劑。但是，在裝藥量保持不變的情況下，火炸藥在添加鈍感劑后，會(huì)導(dǎo)致其本身感度降低。鈍感爆炸元件中所裝炸藥臨界起爆壓力的提高，在起爆時(shí)對(duì)傳統(tǒng)的起爆方式提出了更高的要求。在引信的傳爆序列中，傳爆藥作為最后一級(jí)輸出單元，其可靠起爆對(duì)于最終能否起爆主裝藥起著決定性作用。因此，傳爆過(guò)程的可靠性就顯得尤為重要。由此看來(lái)，必須采用起爆增強(qiáng)技術(shù)，來(lái)解決鈍感爆炸元件在使用過(guò)程中遇到的無(wú)法被可靠起爆的問(wèn)題。

3.1.1 激光點(diǎn)火技術(shù)

激光由于具有匯聚能量的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種材料的熱處理，也可以引發(fā)高能化學(xué)反應(yīng)。此外，光脈沖可以沿著不受電效應(yīng)影響和具有化學(xué)穩(wěn)定性的路徑傳遞。與傳統(tǒng)點(diǎn)火方式不同，激光點(diǎn)火技術(shù)主要是利用激光所產(chǎn)生的巨大能量來(lái)引爆炸藥[23]。同時(shí)，激光點(diǎn)火具有顯著的抗電磁干擾能力，這在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中有利于提高武器系統(tǒng)的安全性。美國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，逐步完成了激光點(diǎn)火技術(shù)的基礎(chǔ)研究[24]。在激光點(diǎn)火技術(shù)的工作方式，本質(zhì)上就是將激光直接照射在吸收離散波長(zhǎng)的含能材料上(其點(diǎn)火技術(shù)原理如圖8所示)，利用激光能量的匯聚作用起爆炸藥。這在很大程度上增強(qiáng)了點(diǎn)火方式的可操作性，提高了爆炸元件抗干擾能力。在激光點(diǎn)火爆炸元件中，為了達(dá)到鈍感炸藥的能量閥值，需要將高功率脈沖激光耦合到光纖中，并解決其在光纖中傳播效率低的問(wèn)題。此外，激光點(diǎn)火系統(tǒng)中，激光二極管是主要的能量輸出元件，然而它在工作過(guò)程中，極易受到外界環(huán)境如溫度、靜電場(chǎng)等干擾，從而影響使用壽命，甚至?xí)斐梢馔獍l(fā)火。因此，激光點(diǎn)火技術(shù)還需要找到適配于激光二極管的電流源裝置，保證輸入激光發(fā)射器中電流的穩(wěn)定[24]。

圖8 激光點(diǎn)火技術(shù)原理

2003年，美國(guó)洛斯·阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的阿里等[25]使用二氧化碳激光點(diǎn)火器研究了炸藥在燃燒轉(zhuǎn)爆轟情況下的反應(yīng)機(jī)制；英國(guó)的伯恩[26]在研究激光點(diǎn)火技術(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)激光脈沖被直接傳送到炸藥上時(shí)，裝置中的炸藥會(huì)立即產(chǎn)生爆轟，而沒(méi)有經(jīng)由燃燒轉(zhuǎn)變；美國(guó)專利US8272325[27]介紹了一種采用激光點(diǎn)火技術(shù)的雷管(如圖9所示)起爆裝置。其主要原理就是通過(guò)光纖把激光傳遞到一個(gè)裝滿鈍感猛炸藥的密閉空間中。由于激光能量的匯聚作用，使太安發(fā)生燃燒轉(zhuǎn)爆轟反應(yīng)。此外，光纖和爆炸物表面之間的間隙對(duì)延遲時(shí)間也具有實(shí)質(zhì)性影響。改變兩者之間的間隙，可以實(shí)現(xiàn)延遲起爆。

1.啟動(dòng)系統(tǒng)；2.鈍感猛炸藥；3.細(xì)長(zhǎng)內(nèi)管；4.光纖；5.光纖連接器；6.包層；7.助力器

近些年，我國(guó)在激光點(diǎn)火技術(shù)方面也有了較大進(jìn)展。何平[28]針對(duì)某反坦克導(dǎo)彈激光近炸引信的原設(shè)計(jì)方案，提出了一種裝有激光傳感器定距裝置的光學(xué)系統(tǒng)，利用激光傳感器加強(qiáng)了定焦面清晰成像特性，同時(shí)提高了該引信的抗干擾能力。2014年，王猛等[29]發(fā)明了一種激光起爆系統(tǒng)，該系統(tǒng)由激光器適配電源、激光器電源數(shù)控系統(tǒng)、激光器陣列、激光分光器、光纖和無(wú)起爆藥雷管組成(如圖10所示)。該系統(tǒng)接通電源工作時(shí)，由激光器電源數(shù)控系統(tǒng)控制激光器，激光器發(fā)射出來(lái)的激光經(jīng)由光纖導(dǎo)入到激光分光器，分光后的激光同時(shí)輸出到無(wú)起爆藥雷管中的鈍感猛炸藥上，從而完成系統(tǒng)中雷管的起爆。該激光起爆系統(tǒng)由于可以同時(shí)產(chǎn)生多組激光信號(hào)，所以還可以被用來(lái)連接不同的鈍感爆炸元件，這對(duì)于提高起爆的安全性和智能性具有積極意義。

1.激光器適配電源；2.激光器電源數(shù)控系統(tǒng)；3.激光器陣列；4.激光分光器；5.光纖；6.無(wú)起爆藥雷管

3.1.2 飛片起爆技術(shù)

飛片起爆作為一種新的起爆方式，目前公認(rèn)其沖擊起爆機(jī)理本質(zhì)上仍是“熱點(diǎn)”起爆。圖11為飛片起爆技術(shù)的工作原理示意圖，其工作過(guò)程是：起爆裝置中釋放出的高電能作用于爆炸箔，使其瞬間汽化產(chǎn)生等離子體，形成極高的壓力；該壓力作用于飛片，將飛片切下后驅(qū)動(dòng)其以高速撞擊炸藥藥柱，完成起爆[30]。飛片在等離子體的加速作用下可以產(chǎn)生很高的速度，這使得在起爆炸藥前能夠獲得較高能量。因此，當(dāng)藥柱使用鈍感藥劑時(shí)，也能滿足可靠起爆的要求，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的鈍感化。此外，目前也出現(xiàn)了使用激光驅(qū)動(dòng)飛片高速撞擊鈍感炸藥的技術(shù)[24]。將該技術(shù)運(yùn)用于爆炸元件后，通過(guò)改變傳統(tǒng)爆炸元件的工作方式，就降低了爆炸元件的感度。

沖擊片雷管是一種電驅(qū)動(dòng)的飛片雷管(如圖12所示)，是目前運(yùn)用飛片起爆技術(shù)的主要成果[30]。在沖擊片雷管中，使用了較為鈍感的“起爆炸藥”替代傳統(tǒng)的敏感火炸藥，使得在外界危險(xiǎn)情況的刺激下避免了意外發(fā)火。1961年，美國(guó)率先進(jìn)行了飛片起爆技術(shù)研究，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成功研制出成熟的沖擊片雷管。目前，沖擊片雷管已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，在陶-2B反坦克導(dǎo)彈、愛(ài)國(guó)者導(dǎo)彈等武器系統(tǒng)中都有應(yīng)用[31]。1993年，美國(guó)的J.H.Hebderson等[32]使用傳統(tǒng)微電子制造技術(shù)制造了兩種由硅制成的沖擊片雷管。在這兩種雷管中，沖擊片的導(dǎo)電蝴蝶結(jié)由兩種不同的技術(shù)制造：第一種方法主要是在空腔底部使用金屬蝴蝶結(jié)結(jié)構(gòu)，第2種方法則是將雜質(zhì)選擇性地?cái)U(kuò)散到空腔底部，以增加硅的導(dǎo)電性，即擴(kuò)散的蝴蝶結(jié)結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明：由于硅電阻率負(fù)熱系數(shù)的存在，擴(kuò)散的蝴蝶結(jié)結(jié)構(gòu)可以用來(lái)降低沖擊片雷管受到的電磁干擾，同時(shí)改善其對(duì)于靜電放電的不敏感性。

20世紀(jì)80年代，我國(guó)開(kāi)始飛片起爆技術(shù)研究[30]。2014年，黃娜等[33]針對(duì)沖擊片雷管中的爆炸箔能量利用率低的問(wèn)題，采用閉合場(chǎng)非平衡磁控濺射離子鍍技術(shù)和皮秒激光微加工系統(tǒng)，制備了Cu、Cu/Au、Cu/Al/Ni三種爆炸箔進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：在相同的起爆條件下Cu/Al/Ni爆炸箔的能量利用率更高，有利于爆炸箔起爆系統(tǒng)低能化研究。2015年，陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所的周密等[34]設(shè)計(jì)了一種在陶瓷基板的正面和背面分別制備的爆炸橋箔和高壓平面開(kāi)關(guān)，與其他零部件組裝成使用集成高壓平面開(kāi)關(guān)的沖擊片雷管，并且研究了其電爆炸性能。結(jié)果表明：該沖擊片雷管與使用火花隙開(kāi)關(guān)的沖擊片雷管放電參數(shù)基本相同，該高壓平面開(kāi)關(guān)能夠代替火花隙開(kāi)關(guān)完成沖擊片雷管的起爆要求，降低沖擊片雷管系統(tǒng)體積和生產(chǎn)成本。

圖11 飛片起爆技術(shù)工作原理示意圖

圖12 沖擊片雷管

3.1.3 聚能效應(yīng)起爆技術(shù)

炸藥裝藥一端的空心凹穴能夠?qū)⒈芰烤奂谥行妮S線上的效應(yīng)稱為聚能效應(yīng)，其裝藥結(jié)構(gòu)也被稱為聚能裝藥[35]。利用沖擊波的聚能效應(yīng)理論，可以有效提高炸藥爆炸時(shí)的輸出威力。1792年，德國(guó)工程師Franz von Baader[36]在裝藥設(shè)計(jì)上，將對(duì)準(zhǔn)被爆介質(zhì)的一端做成凹狀，這使得起爆威力大大增強(qiáng)。目前，聚能效應(yīng)起爆技術(shù)已經(jīng)廣泛的運(yùn)用到軍事武器、民用爆破等領(lǐng)域。圖13是一種聚能效應(yīng)傳爆管的典型結(jié)構(gòu)示意圖，當(dāng)爆轟波生成后自上而下傳播時(shí)，炸藥中爆轟波在到達(dá)凹型界面時(shí)，爆轟產(chǎn)生的能量會(huì)朝著凹穴中心軸線方向匯聚，起爆威力顯著大于常規(guī)平端面的柱形傳爆管結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在提高輸出威力的同時(shí)，也減少了相同外廓尺寸下同種傳爆藥的裝藥量，具有積極的工程意義[37]。此外，聚能射流效應(yīng)能夠顯著提高能量密度，高效傳遞炸藥爆炸能量[38]。當(dāng)裝藥表面帶有金屬罩時(shí)，金屬罩在爆炸產(chǎn)物作用下受到壓縮，爆炸產(chǎn)生的部分能量轉(zhuǎn)移到金屬罩中，形成聚能射流[39]。在爆炸元件中，當(dāng)含能材料使用鈍感裝藥時(shí)，采用聚能射流起爆方式，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠起爆，這對(duì)提高鈍感爆炸元件的可靠性具有重要意義。

圖13 聚能效應(yīng)傳爆藥典型結(jié)構(gòu)示意圖

2005年，曹雄[40]綜合運(yùn)用炸藥沖擊起爆理論、聚能效應(yīng)理論及拐角效應(yīng)等理論，設(shè)計(jì)了環(huán)形、錐環(huán)形、凹球形(包括外圓凹球形和外錐凹球形)和半球形4種新型傳爆藥裝藥結(jié)構(gòu)(如圖14所示)，并對(duì)其起爆特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明：凹球形傳爆藥柱起爆威力較圓柱形藥柱提高約55%，且外錐凹球形起爆威力大于外圓凹球形起爆威力；半球形傳爆藥柱起爆威力較圓柱形傳爆藥柱提高約32%，且半球直徑越大，起爆威力越大。

圖14 傳爆藥裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.4 多點(diǎn)起爆技術(shù)

鈍感主裝藥的出現(xiàn)對(duì)爆炸序列中的傳爆藥柱提出了更新的要求，即傳爆藥柱必須要有足夠的輸出用于可靠起爆鈍感主裝藥[41]。采用多點(diǎn)起爆的方式，可以有效提高起爆能力，而多點(diǎn)起爆在爆炸元件中的應(yīng)用相對(duì)較少。一方面是由于多點(diǎn)同步起爆誤差總是存在的，而多點(diǎn)同步起爆的精度直接影響到爆轟波的形成，會(huì)對(duì)起爆輸出威力造成較大的影響；另一方面是由于多點(diǎn)起爆方式中起爆點(diǎn)數(shù)目的增多，工程應(yīng)用中在結(jié)構(gòu)安全性等方面較難以實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，美國(guó)海軍正在探索極度不敏感物質(zhì)(EIDS)的多點(diǎn)同步陣列起爆技術(shù)。在起爆時(shí)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)爆轟波發(fā)生對(duì)撞，使碰撞點(diǎn)處的超壓峰值達(dá)到正常爆轟波超壓的2倍以上，用于可靠引爆不敏感炸藥[10]。如圖15所示。

圖15 極度不敏感物質(zhì)多點(diǎn)同步起爆技術(shù)

曹雄等[42]設(shè)計(jì)了一種多點(diǎn)起爆結(jié)構(gòu)(如圖16所示)，配合使用環(huán)形傳爆藥柱利用同步爆轟使傳爆藥柱的沖擊波向中心主裝藥匯聚、疊加，使輸出的壓力波形盡量集中，從而增加局部沖擊波壓力。試驗(yàn)結(jié)果表明：在保證較小同步時(shí)間偏差的情況下，增加起爆點(diǎn)個(gè)數(shù)有利于提高環(huán)形傳爆藥輸出；由于減少相對(duì)敏感的傳爆藥用量而不降低其起爆能力，使得彈藥在貯存、運(yùn)輸、使用等過(guò)程中的危險(xiǎn)性降低，增加了彈藥的安全可靠性。

圖16 多點(diǎn)同步起爆結(jié)構(gòu)

3.2 鈍感爆炸元件微型化問(wèn)題

先進(jìn)技術(shù)運(yùn)用到爆炸元件中，對(duì)鈍感爆炸元件的發(fā)展起到了革命性的推動(dòng)作用[6]。由于先進(jìn)技術(shù)具有智能化、集成化等優(yōu)點(diǎn)，所以新型鈍感爆炸元件也被認(rèn)為是未來(lái)爆炸元件發(fā)展的主要方向之一。然而，新型鈍感爆炸元件中采用的技術(shù)較為復(fù)雜，不僅對(duì)使用人員提出了更高的要求，而且也給后期維護(hù)帶來(lái)了一定困難。新型鈍感爆炸元件往往尺寸較大，所處的空間又相對(duì)有限，不符合目前武器系統(tǒng)中提出的微型化要求，因而也在一定程度上增加了運(yùn)輸、貯存等方面的成本，極大地阻礙了爆炸元件鈍感化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

隨著武器系統(tǒng)微型化的發(fā)展，微機(jī)電系統(tǒng)爆炸元件受到了廣泛的關(guān)注。微機(jī)電系統(tǒng)側(cè)重于超精密機(jī)械加工，是機(jī)械、電子、材料等多個(gè)學(xué)科交叉融合發(fā)展而成的。將微機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用于爆炸元件制造技術(shù)，不僅使傳統(tǒng)爆炸元件的尺寸大幅度減小，節(jié)約了爆炸元件在武器系統(tǒng)中所占的空間[43]；而且由于該技術(shù)具有智能化、數(shù)字化、精密化等特點(diǎn)，極大地提高了爆炸元件的安全性能。美國(guó)在20世紀(jì)90時(shí)代后期，以可替代M100電雷管的微機(jī)電系統(tǒng)爆炸元件為目標(biāo)，重點(diǎn)開(kāi)展了微機(jī)電系統(tǒng)換能元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研究了低能發(fā)火條件下的工作性能影響因素[44]。挪威Gakkestad Jakob等[45]發(fā)明了一種可以用于微機(jī)電系統(tǒng)爆炸元件中的新型導(dǎo)電膠，該導(dǎo)電膠具有優(yōu)異的機(jī)械性能和熱力學(xué)性能。他們根據(jù)MIL—STD—883中方法1010.8規(guī)定的測(cè)試要求，進(jìn)行了快速升溫循環(huán)試驗(yàn)，最終將該爆炸元件成功運(yùn)用到某中型口徑的彈藥引信中。印度的Shukla Harshit等[46]利用微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，研發(fā)了一種新型的爆炸元件點(diǎn)火技術(shù)。該技術(shù)使用電子束沉積鉑加熱器重復(fù)點(diǎn)火并且持續(xù)燃燒，成功點(diǎn)燃了硼/硝酸鉀，并進(jìn)一步改進(jìn)了爆炸元件的結(jié)構(gòu)和裝配技術(shù)，同時(shí)還論證了該技術(shù)在航天推進(jìn)系統(tǒng)中的應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

鈍感彈藥技術(shù)，已經(jīng)成為國(guó)際軍事發(fā)展的潮流。鈍感彈藥技術(shù)的發(fā)展，給爆炸元件提出了更高的要求，傳統(tǒng)爆炸元件在某種程度上，已經(jīng)無(wú)法滿足鈍感彈藥技術(shù)的要求。目前我國(guó)對(duì)鈍感爆炸元件的研究多局限于對(duì)其裝藥本身的研究，而忽視了從殼體等結(jié)構(gòu)方面考慮進(jìn)行鈍感化改造。此外，還需要關(guān)注引信爆炸序列中爆炸元件實(shí)現(xiàn)鈍感化后的“匹配特性”，即由于鈍感爆炸元件的感度下降，應(yīng)保證其在爆炸序列逐級(jí)傳遞時(shí)起爆的可靠性。從彈藥系統(tǒng)整體來(lái)看，保證鈍感爆炸元件之間的可靠傳爆以及最終可靠起爆鈍感主裝藥，也應(yīng)該成為今后不敏感彈藥技術(shù)研究的主要方向之一。