林辉; 夏广东; 余万千; 刘吉安
【期刊名称】《《弹箭与制导学报》》
【年(卷),期】2018(038)003
vobu【总页数】4页(P139-142)
【关键词】爆炸力学; 含能毁伤元; 撞击起爆; 惯性激发; 释能时间
【作 者】林辉; 夏广东; 余万千; 刘吉安
【作者单位】西安现代控制技术研究所 西安710065; 陆军边海防学院 西安710108
【正文语种】中 文
抗裂网片
【中图分类】O381
0 引言
含能毁伤元是一种自身含有化学能并能在冲击过程中释放的毁伤元,近年来成为国内外学者研究的重点[1-6]。美国海军地面研究中心对比破片式含能毁伤元与传统惰性破片的毁伤效果发现含能破片战斗部杀伤半径是惰性破片战斗部的两倍,毁伤威力是惰性破片战斗部的5倍,含能破片的化学潜能约为惰性破片平均动能的12倍[7]。
根据作用方式的不同,含能毁伤元分为爆炸式和燃烧式两种。爆炸式含能毁伤元内装含能材料为。由于作为传统的含能材料,对其应用有较为成熟的技术支持。爆炸式含能毁伤元按起爆技术分为冲击起爆型[8-10]、引信起爆型和机械起爆型三类[11]。李杰[12]对冲击起爆型含能破片进行研究,得到引燃屏蔽B的最低破片速度为774 m/s。何源等[13-14]对8701装药的冲击起爆型含能破片进行了毁伤特性研究,得到含能破片引爆6 mm屏蔽板后B的最低速度为1 275 m/s,并推导了含能破片冲击起爆临界条件。
樊科社等[15]针对采用瞬发电同时起爆多块复合板存在的爆破振动等有害现象，提出采用延时电起爆，通过实验得到不同延时时间对应的安全板间距，进一步对比两种起爆方式下制备钛/钢复合板的外观品质、结合率及力学性能。当延时25 ms、50 ms，对应板间距分别大于临界板间距15 m、30 m时，采用延时电起爆方式制备的钛/钢复合板性能完全满足要求，为延时起爆技术在爆炸复合中的应用提供了重要依据。
由于冲击起爆型含能毁伤元内装药依靠冲击波起爆,冲击波传播速度较快,所以此类含能破片的起爆时间发生在几微秒到十几微秒之间,要实现靶后高效毁伤的效果对破片速度及靶板厚度均有较为严格的要求。李旭峰等[16]采用延期装置对含能毁伤元进行释能时间控制,通过控制含能毁伤元的撞击速度和含能物质的延迟起爆时间,可有效引爆盖板厚度为8～16 mm的带铝壳。但是小型毁伤元对于延期装置的要求较高,大大增加了战斗部的生产成本。
要实现穿甲后的高效毁伤,就要求含能毁伤元有较好的释能时机。由于的能量释放较为迅速,只有当装药在毁伤元穿透靶板后适时起爆,才能最高效的发挥含能毁伤元的毁伤特性。为此,文中设计一种机械起爆型含能子弹毁伤元,开展惯性激发式含能毁伤元起爆特性研究,运用惯性作用使装药在子弹穿靶后适时激发,降低毁伤元生产成本的同时增加其毁伤效率。根据两种不同结构惯性体的弹丸,对其起爆特性进行试验研究,为此类毁伤元的设计及应用提供参考。 1 基本结构及作用过程
惯性激发式含能子弹毁伤元由惰性金属外壳、含能材料及惯性体组成。惯性激发式含能子弹毁伤元为机械起爆型含能毁伤元,依靠惯性体的惯性作用力实现爆炸。由于要保证足
够的侵彻强度和终点毁伤效应,要求弹丸拥有足够机械强度和适时释能特性。弹丸壳体材料的选取必须综合考虑密度、强度、力学性能和加工性能等因素,保证合适的侵彻能力和总体质量,一般为高强度惰性金属,如钢和铝合金等。而对于弹丸内填装的应具有猛度和威力高、机械感度适中等特点,此类材料有钝化、8701及PBX-9404等。惯性体结构分为尖形和平头形,尖形惯性体主要包括锥形、卵形和双锥形,文中研究双锥尖形和平头形两种惯性体结构。惯性激发式含能子弹基本结构如图1所示。
图1 惯性激发式含能子弹基本结构
弹丸在穿靶过程中,靶板对弹丸的阻力使弹丸速度降低。阻力以应力波的形式向弹丸内传播,应力波经由弹头、装药最后传至惯性体,使弹头、装药及惯性体的速度依次降低,造成惯性体与装药存在一定的速度差,装药受惯性体的惯性撞击作用而被激发。由于应力波经由弹头、装药最后才作用到惯性体,惯性激发作用使装药相对于冲击波具有较明显的延迟释能特性,能够更有效的实现靶后毁伤。
2 试验设计
话筒驱动
2.1 弹丸结构
针对平头形和尖形两种惯性体结构设计两种试验弹丸,尖形选择双锥形结构。由于只对弹丸的起爆特性研究,为了加工方便,对弹丸进行适当简化,弹丸的结构及实物如图2和图3所示。两种弹丸中弹头、壳体和底盖的材料一致,均为30CrMnSi,经过调质处理后保证足够机械强度。弹头采用截锥形设计,锥度为40°,截锥直径为2.75 mm。弹带材料为紫铜,用以保证弹丸内弹道数据的稳定。弹丸外径为14.5 mm,内部装药为钝化RDX,粒度小于40目,压药密度均为1.65 g/cm3,锥形装药量为1.8 g,柱形装药量为1.05 g。双锥形惯性体头锥为90°,二锥为20°,直径为7 mm,平头惯性体直径为9 mm,惯性体材料为30CrMnSi。
图2 两种惯性体弹丸结构示意图
图3 弹丸及其构件实物图
2.2 场地布置及测试系统
撞击起爆试验场地布置如图4所示。在试验过程中,弹丸由14.5 mm的弹道发射,高速摄像由弹丸穿过第一个锡纸靶后触发开始。由于穿靶时间及爆炸时间较短,所以在满足正常观测的情况下,尽量提高高速摄像的拍摄频率,本次试验的拍摄频率为20 000～40 000 Hz,确
保能够获取较为精确的起爆时间数据。试验中的目标钢靶材料为Q235,靶板厚度为4.75 mm和7.4 mm。弹丸的速度通过锡纸靶及测时仪测量。
图4 撞击起爆试验场地平面布置图
3 试验结果及分析
通过升降法(改变弹丸的着靶速度及靶板厚度)来确定弹丸的撞击起爆条件,根据高速摄像记录的数据及目标靶板的毁伤情况来确定弹丸起爆与否。试验共获得5发有效数据,具体试验结果如表1所示。
表1 撞击起爆试验结果编号惯性体种类弹重/g靶板厚/mm着靶速度/(m·s-1)爆炸与否爆炸点1双锥头82.07.4603是靶后2双锥头82.64.75565是靶后3平头88.37.4394是靶前4平头88.47.4593否—5平头88.27.4449否—
对两发成功起爆的双锥形惯性体弹丸进行高速录像分析,撞击起爆过程分别如图5和图6所示。第1发弹丸在着靶后75～100 μs起爆,第2发弹丸的起爆时间为125～150 μs,两发弹丸在起爆后均伴有强烈的火光,持续几个毫秒左右。由于第1发的钢靶的厚度更大,所以弹丸的起
爆时间较早,从撞靶500 μs时爆炸火球中心与靶面的距离也能看出,后者的起爆位置距离靶板较大。两发弹丸的起爆位置均在靶后,都能够完成既定的靶后释能目标。
图5 第1发试验撞击起爆过程图
图6 第2发试验撞击起爆过程图
由第3～第5发数据可知,在靶板厚度相同的情况下,弹丸以394 m/s的速度撞击靶板,内部装药被点火起爆。增大弹丸速度至593 m/s,内部装药没有起爆。当再次减小弹丸着靶速度至449 m/s时,装药有燃烧的现象,如图7所示,但是装药燃烧火光非常微弱,几乎看不出明显的火光,在弹丸穿过靶板后可以看见颗粒飞出,在散开一段时间后再次被火星点燃,所以可以确定装药未起爆。
图7 第5发试验穿靶过程图
平头惯性体弹丸在394 m/s的速度下侵彻7.4 mm靶板时的高速照片如图8所示。爆炸发生在撞靶后75 μs左右,起爆时间虽然与第一发相近,但是由于弹丸速度较低,同样的时间弹丸的行程较短,起爆时刻装药段未穿过靶板,爆炸发生在穿透靶板之前,不能对靶后目标造成高效毁
伤。
根据第3～第5发的试验数据可以看出,平头惯性体弹丸着靶速度低时,装药反而易起爆,这种结果与特定结构条件下的低冲击载荷起爆机制有关,也由于弹丸速度低,穿靶过程持续时间长,装药受到的冲量大,这种现象需要开展更为深入的研究。
图8 第3发试验撞击起爆过程图
4 结论
通过14.5 mm弹道发射平台,开展惯性激发式含能毁伤元起爆特性研究,对惯性激发含能子弹进行撞击起爆试验,研究不同惯性体结构对起爆特性的影响。通过分析,得到以下结论:
1)在相同的着靶速度和靶板厚度下,双锥形结构的惯性体更有利于弹丸的有效起爆。双锥形惯性体弹丸内装药均是在靶后爆炸,说明双锥形结构的惯性体适配的延迟起爆时间可实现靶后释能。
滤纸片法2)平头惯性体弹丸的撞击起爆结果跳动量较大,在确定条件下不能满足靶后释能的要求。
梭织机3)弹丸穿透相同厚度钢靶的情况下,弹丸平头惯性体弹丸的着靶速度越低,弹丸越容易起爆。该结果应引起高度关注,在后续相关工作中需加强机理研究,为惯性激发式含能毁伤元起爆特性研究提供支撑。
路障灯参考文献:
【相关文献】
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