CN104897012B - 一种轻气破甲战斗部装药 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种破甲战斗部装药，适用于反装甲战斗部。该装药输入端配有波形控制器，输出端配有微晶材料制作的药型罩，药型罩内腔及弹壳构成的空间有一气囊，内充轻质气体。本发明通过波形控制器、微晶药型罩和轻气囊的共同作用，解决了破甲战斗部装药毁伤效能稳定性的问题，具有破甲深度大、结构紧凑、作用可靠和成本低廉的特点。

Description

一种轻气破甲战斗部装药

技术领域

本发明属于弹药技术领域，主要涉及一种破甲战斗部装药，尤其涉及一种轻气减阻增稳的破甲战斗部装药。

背景技术

不断进步的均质装甲、复合装甲和***反应装甲防护技术，推动了破甲战斗部装药技术的不断发展。对于破甲战斗部装药而言，目前提高破甲威力的途径是，一方面提高***的能量水平，调节装药结构使装药爆轰的传播方向更有利于药型罩的压垮，提高***爆轰能量向射流动能转化率以及发展新的药型罩材料技术，另一方面通过提高***装药均匀性和药型罩材料一致性发展精密装药技术提高射流的飞行稳定性。

通常，破甲战斗部装药依次包括起爆药柱，副药柱、隔板、主药柱和药型罩。装药起爆从起爆药柱开始，爆轰波经副药柱绕过隔板进入主药柱，主药柱爆轰压垮药型罩形成聚能射流，聚能射流飞行拉伸后侵彻毁伤目标。这样的破甲战斗部装药因在一般大气环境中完成作用而导致以下缺陷：(1)受空气阻力作用药型罩压垮速度不高；(2)在空气中飞行的炽热金属射流与空气中氧化性成分反应造成金属射流侵蚀；(3)空气与射流之间的较强扰动降低了高速射流飞行稳定性，造成射流过早断裂离散，获得的有效连续射流较短。(4)由副药柱与隔板组合而成的波形调孔结构体积较大，波形控制精度低；(5)晶粒粗大的药型罩压垮形成的聚能射流在空气扰动下易断裂，导致破甲威力较低。

发明内容

本发明的目的是，提供一种能够解决破甲战斗部毁伤效能和稳定性问题的破甲战斗部装药。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

战斗部壳体由管螺8连接的前后两段壳体1、10组成，后段壳体1与管螺8形成的空间依次同轴固连起爆药柱2、波形控制器3、隔爆垫板4、主药柱5和药型罩6。所述起爆药柱2为圆柱状居于战斗部装药的最后端，径向由后段壳体1尾部圆柱段约束定位，轴向后端与引信前端接触定位，前端与波形控制器3后端面接触定位，实现起爆药柱对波形控制器的中心起爆，完成爆轰信号的放大传输。所述波形控制器3为瓶盖状，其外侧后端面有中心辐射状刻槽，刻槽周向均布，对主药柱5可以形成拟环形起爆，腔内装有圆柱状隔爆垫板4，隔爆垫板4与波形控制器3前端面等高共面。所述主药柱5由***压装成型，侧面为前端圆柱面与后端圆锥面构成的组合面，锥面前端直径大，后端直径小。主药柱5前端有一开口向前的凹槽，凹槽形状与药型罩6外表面相匹配，后端有一圆柱形凹槽，前端凹槽、后端凹槽与主药柱同轴定位。所述波形控制器3与隔爆垫板4组合***于后端凹槽中，波形控制器3的侧圆柱面与凹槽侧面贴合粘接，其前端平面与后腔底端面贴合粘接。主药柱5由波形控制器3输入的多点圆形阵列同步起爆，爆轰波在主药柱5中的传播扩展，曲率逐渐减小，经过一定距离形成包络面为环形的爆轰波对药型罩6实现轴对称压垮。所述药型罩6为晶粒度小于7微米的微晶金属材料制作的圆锥形薄壁工件，其外锥面与主药柱前端的锥形凹槽表面贴合粘接。由波形控制器、隔爆垫板、主药柱、药型罩构成的组件装入战斗部后段壳体中，前端有管螺以螺纹形式紧固定位组件。由于波形控制器3对爆轰波形的精确控制以及微晶药型罩动态延展性的提高，药型罩6压垮形成的聚能射流拉伸性能得到提高。在管螺8与装药组件之间装有〇形密封圈7。所述管螺8为圆筒状，外侧圆柱面由三段组成，后段与中段为螺纹，前段为直径略小的圆柱面，后段螺纹与后段壳体前端内螺纹连接，中段螺纹与前段壳体后端内螺纹连接。前段圆柱面用于捆扎粘接接橡胶气囊11。所述药型罩6、〇形密封圈7、管螺8与气囊11和塞子14形成密闭空间，其中充有1.2～1.3个大气压的轻质气体12，氢气或氦气等。所述前段壳体10为圆筒状，内圆柱面后端口部有螺纹连接管螺8。前端与弹体前部舱段连接。前段壳体10前端有隔舱板13隔离气囊与弹体前部组件，对气囊起保护作用。所述隔舱板13为中间带孔的圆形薄板，与前段壳体10前端粘接连接。所述气囊11充气后呈圆柱形，充气孔位于隔舱板13中心圆孔处，冲入轻气12后用塞子14粘接密封充气口，防止漏气。

本发明的整体技术效果体现在以下几个方面。

(一)本发明通过在药型罩内腔以及前端壳体内充入密度较小的轻质气体，改变药型罩压垮状态。未充轻气前药型罩压垮过程中外锥面受到爆轰冲击载荷作用，内锥面存在较大的空气阻力。当内腔充入轻气后，其冲击阻抗远小于空气的冲击阻抗，减小了药型罩压垮阻力，提高了药型罩压垮速度。

(二)本发明在药型罩内腔及前端壳体内充入氢气或氦气，隔离了空气与药型罩、聚能射流的接触。药型罩在***载荷作用下发生剧烈高速变形，大量的变形能转变为药型罩内能造成药型罩急剧的温度升高，使药型罩与空气中的氧化性气体成分发生反应，造成聚能射流的侵蚀和消耗。本发明用氢气或氦气隔离了聚能射流与空气的接触，防止了氧化性气体对聚能射流的侵蚀。

(三)本发明在前端壳体内充入氢气或氦气。高速聚能射流在空气中运动拉伸，必然在空气中形成冲击扰动，冲击扰动反作用于聚能射流，影响射流的稳定拉伸，造成射流的早期断裂。与空气相比，轻气的冲击阻抗较小，聚能射流与轻气之间的冲击扰动减弱，射流拉伸稳定性得到提高，可以获得更长的有效连续射流。

(四)本发明采用波形控制器控制爆轰波，跟副药柱与隔板组成的波形控制组件相比装药尺寸减小，提高了装药的空间利用率。得到更为精密的波形控制效果。

(五)本发明采用微米晶粒药型罩材料，其动态延展性得到提高，可以有效延长射流断裂时间，获得射流侵彻深度的增加。

附图说明

图1是本发明轻气破甲战斗部装药的结构组成示意图。

图2是本发明轻气破甲战斗部波形控制器装配局部放大示意图。

图3是轻气破甲战斗部装药中管螺连接结构放大示意图。

图4是本发明中波形控制器的仰视、正视、俯视结构示意图。

图5是轻气破甲战斗部装药中药型罩结构示意图。

图6是轻气破甲战斗部装药中药型罩压垮轻气密闭空间示意图。

图7是本发明药型罩在轻气环境中压垮的状态示意图。

图8是本发明轻气破甲战斗部产生的聚能射流在轻气环境中飞行状态示意图。

图中，1为后段壳体；2为起爆药柱；3为波形控制器；4为隔爆垫板；5为主药柱；6为药型罩；7为〇形密封圈；8为管螺；9为扎带；10为前段壳体；11为气囊；12为轻气；13为隔舱板；14塞子。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本发明轻气破甲战斗部装药的优选实施例包括后段壳体1、起爆药柱2、波形控制器3、隔爆垫板4、主药柱5、药型罩6、〇形密封圈7、管螺8、扎带9、前段壳体10、气囊11、轻气12、隔舱板13和塞子14。

通过机械加工成型的前段壳体10、后段壳体1以及管螺11、隔舱板主要完成定位、紧固和容纳轻气破甲战斗部装药组件和连接引信的功能。一般战斗部的方位定义以距离打击目标较近的一段为前端(头部)，较远的一段为后端(尾部)。后段壳体1位于轻气破甲战斗部装药的尾部，由尾部一端直径较小的圆柱管与前端直径较大的圆柱管构成，中间存在平面与圆锥壳的过渡连接，平面形成壳体后端轴向定位面。尾部直径较小的圆柱管连接引信并容纳定位起爆药柱2，后段壳体1的前端内侧口部有螺纹与管螺8相连接。前段壳体10、后段壳体1、管螺8、以及隔舱板13通常选用密度低强度满足结构要求的材料，本实施例选用铝合金材料。

起爆药柱2由起爆***压装成型，呈扁圆柱状本实施例选用JH-14***，满足起爆能量要求又价格低廉，易于获得。它完成引信起爆信号的放大功能。爆轰信号的输入端为引信，输出端为波形控制器4。起爆药柱2的一个端面与引信输出端的端面接触，另一端面与波形控制器4的输入端面接触，两零件同轴装配(参见图2)。

根据图4所示，波形控制器3的本体为杯盖形状结构件，其前端带有圆柱形的凹槽，用于定位容纳隔爆垫板4，侧面为圆柱面，后端平面上由中心辐射而出的刻槽装有DNTF***，刻槽为圆形阵列。波形控制器3将中心起爆药柱2轴向输入的爆轰波沿刻槽转换为平面径向同步输出的多点环形均布输出，实现对主装药的轴对称多点环形起爆。***正常传播爆轰波存在最小尺寸限制，当装药尺寸小于这一限度时就会出现非稳定爆轰，甚至熄爆，爆轰波不能正常传播的情况，同时尺寸较大的装药爆轰冲击效应较强，造成爆轰控制中隔爆部件尺寸的增加，另外还要考虑装药结构强度、安全余量等因素，DNTF***刻槽横截面面积应满足1.2±0.2平方毫米，本实施例选用1平方毫米的正方形刻槽。装药中爆轰波的传播速度与装药密度正相关，装药密度增加，爆速增大。为了保证多点输出起爆信号的同时性，需要控制装药的密度差，密度差越小，起爆同时性越好，但存在密度差要求越小，加工成本越高的问题，因此对于密度差的控制既要满足同时性的精度要求，又兼顾加工制造的经济性，装药密度差不大于2‰即可，本实施例选用装药密度差为2‰。后端面刻槽、侧圆柱面以及前端圆柱凹槽为同轴位置关系。波形控制器3实现爆轰波单点中心输入转化为有利于提高射流速度和能量密度的环形均布多点同步起爆的爆轰波形输出给主药柱5。

波形控制器3的后端刻槽密度与主药柱5起爆点距药型罩的最短距离s有关，为了保证多点起爆形成的爆轰波对药型罩压垮的均匀同步压垮，通过控制波形控制器输出端间距h实现对爆轰波压垮药型罩的圆度控制。要求h≤s/8，本实施例中取h＝4毫米，其中起爆点距药型罩的最短距离s＝35.6毫米。波形控制器3前端凹槽中装有隔爆垫板4，隔爆垫板4为扁圆柱形硅橡胶工件，其高度与波形控制器3前端圆柱形凹槽深度相等，侧面与波形控制器凹槽圆柱面相贴合。隔爆垫板4用于阻隔由起爆药柱2轴向传播的爆轰波，避免爆轰波直接起爆主药柱5。将隔爆垫板4贴合粘接进波形控制器3前端的凹槽中，形成爆轰波形控制组件实现爆轰波形转换。

主药柱5由***压制而成的圆台与圆柱的结合体，尾部直径较小的圆台段处于后部，圆柱段处于前部。本实施例中主药柱***选用能量高，成形性优良的JO-8***。在主药柱5的后端中心有一圆柱形凹槽，前端有一开口向前凹槽，前后两个凹槽与主药柱具有同轴位置关系。后端凹槽中装配隔爆垫板4与波形控制器3完成粘接的爆轰波形控制组件，并且保证凹槽圆柱侧面与波形控制器的外侧圆柱面同轴定位，波形控制器3的后端面与主药柱5后端面共面轴向定位装配。前端凹槽中装有药型罩6。

药型罩6为圆锥形或者球缺形或者喇叭形薄壁金属零件，可以选用紫铜、高纯铝、纯铁、钛合金、钼金属材料，药型罩形状与材料的选择主要考虑其毁伤目标的匹配性，考虑经济性。比如打击混凝土目标，需要选择纯铝或钛合金，药型罩可以选择圆台状或半球状；打击装甲目标可以选择紫铜、钼或贫铀材料，药型罩可以选择喇叭形或圆台形状。高价值目标可以选择钼、钽或金，低价值目标可以选择纯铁、钢、铝等材料。本实施例选用圆台状、纯铜材料(参见图5)。药型罩外表面与主药柱前端凹槽内表面贴合粘接，药型罩选用圆台状则要求主药柱前端凹槽为圆台状，而且尺寸契合。试验表明药型罩晶粒细化可以提高射流的破甲稳定性和破甲威力，因此要求药型罩要经过晶粒细化工艺处理，晶粒尺寸小于7微米，本实施例中选用晶粒尺寸为7微米。

管螺8(参见局部放大视图图3)为机械加工成型的圆管状金属零件，其后端面有圆环形刻槽，截面为矩形，用于定位橡胶〇形密封圈7。外圆柱面2/3部分为螺纹，后端部分螺纹与后段壳体1口部螺纹配合连接，用于紧固定位后段壳体1中的波形控制器3、隔爆板4、主药柱5、药型罩6和〇形密封圈7，并且保证药型罩6与管螺8内腔形成密闭空间。管螺8的中段螺纹与前段壳体后端内侧口部螺纹配合连接。管螺外圆柱面的前端1/3部分为直径比螺纹面稍小的圆柱面，圆柱面前端直径稍大形成凸台。管螺8前端圆柱面用于套装气囊11的后部开口，将气囊11口部套装与管螺8的涂胶圆柱面上，用扎带9捆扎牢靠密封，端部凸台替轴向定位作用，以免气囊充气后造成滑脱。扎带9为塑料或金属带状物，形如鞋带，端部有扣可以锁紧。

气囊11为橡胶制成的轴对称囊状物，有大小两个圆形开口，大口向后套与管螺8的前端，并与药型罩6、管螺8形成密闭空间用于储气。前端小口用于充气，充气后有塞子14密封。塞子14形状与气囊充气口相配，橡胶制品。

前段壳体10为圆筒状金属零件，后端内圆柱面口部螺纹与管螺8的中段螺纹配合连接，前端连接弹体前部结构。前端口部内侧螺纹连接隔舱板13，隔舱板13为中心有孔的圆板形零件，外圆柱面为螺纹面，与前段壳体前端口部内侧螺纹连接定位，用于保护气囊11。

气囊11中充入密度较小的非氧化性气体12可以为氢气或氦气,气压处于1.2～1.3个大气压之间，略高于大气压保持气囊11处于正常鼓起状态即可。本实施例选用氦气，气压为1.2个大气压。为了保证药型罩压垮与射流形成过程在轻气环境中进行，轻气环境中不产生由结构引起的额外扰动，要求轻气气囊11为轴对称结构，药型罩6口部气囊L/D﹥1,L为气囊长度，D为药型罩外径。如果受弹体结构空间限制，药型罩口部向前1D距离外，气囊11直径可以减小，最小直径d＞20毫米，d为气囊直径。

本实施例选用气囊11直径为100毫米，长度为300毫米的圆柱形(参见图6)。

本发明的作用过程是，当轻气战斗部装药从后端接到由引信输入的爆轰信号进入起爆药柱2中，起爆药柱放大爆轰信号并起爆波形控制器3的后端中心刻槽装药，后端刻槽装药将爆轰波沿辐射状刻槽分发到圆周均布的各输出端，各输出端同步起爆主药柱5，爆轰波在主药柱中传播干涉，逐步减小各点起爆叠加曲率，增加总体爆轰波的圆度，实现对药型罩6的高精度轴对称压垮。爆轰压垮的药型罩6内侧的轻气12环境与空气相比，阻抗较低，药型罩6可以获得相对较高的压垮速度(参见图7)。以致形成聚能射流的速度和能量密度相对较高。聚能射流在药型罩6、〇形密封圈7、管螺8、以及气囊11、塞子14构成的密闭空间中冲入的轻气12中飞行拉伸(参见图8)。由于药型罩在高应变率高应变压垮过程中，产生大量的变形能，使药型罩温度升高达到与空气发生氧化反应的条件，造成射流的氧化侵蚀，而在非氧化性轻气隔绝环境中飞行的高速高温聚能射流避免了的氧化侵蚀。另外，与冲击阻抗较高的空气相比，聚能射流与轻气之间的冲击扰动较小，射流得到更长稳定连续拉伸，由此获得侵彻威力提高。

Claims (4)

1.一种轻气破甲战斗部装药，由后段壳体(1)、起爆药柱(2)、波形控制器(3)、隔爆垫板(4)、主药柱(5)、药型罩(6)、〇形密封圈(7)、管螺(8)、扎带(9)、前段壳体(10)、气囊(11)、轻气(12)、隔舱板(13)和塞子(14)构成；其特征在于：药型罩(6)内腔通过〇形密封圈(7)、管螺(8)与处于药型罩(6)前部气囊(11)以及塞子(14)形成密闭空间，其中充入低密度、非氧化性气体，氢气或氦气，气压为1.2～1.3个大气压；所述后段壳体(1)的侧面为圆柱与圆台形结合壳体，直径较大的前端圆柱部分壳体通过直径减小的圆台向后过渡到后端平面，后端平面中心向后连接直径较小的两端开通的圆柱壳，后段壳体(1)内由后向前依次容纳定位起爆药柱(2)、波形控制器(3)、隔爆垫板(4)、主药柱(5)和药型罩(6)，前端由管螺(8)尾部螺纹连接定位；所述起爆药柱(2)为圆饼状***件，其侧圆柱面与后段壳体(1)尾部的小直径圆柱壳内表面同轴贴合，后端面与引信前输出端贴合，前端面与波形控制器(3)的后端面同轴粘接贴合；所述波形控制器(3)为瓶盖状结构，后端平面刻有由中心向外辐射的装药刻槽，刻槽横截面为梯形或半圆形或矩形，其内铸装传爆药，外侧圆柱面与主药柱(5)后端的圆柱形凹槽贴合粘接，波形控制器(3)的刻槽端面与主药柱(5)后端面共面；所述隔爆垫板(4)为圆饼状零件，隔爆垫板(4)装入波形控制器前端的圆饼状凹槽，两者形成同轴接触安装定位；所述主药柱(5)侧面为圆柱与圆台的结合体，尾部直径小，前端为凹槽面，凹槽开口向前，形状与药型罩(6)的外表面相匹配，凹槽大端直径接近主药柱(5)的外径，后端平面中心有一与主药柱(5)同轴的圆柱形凹槽；所述药型罩(6)为圆锥形或者球缺形或者喇叭形薄壁壳体，表面及顶部不存在孔洞，外表面与主药柱(5)前端凹槽同轴贴合粘接装配，药型罩(6)口部与管螺(8)端面之间装有〇形密封圈(7)，保证药型罩(6)与管螺(8)之间的气密性；所述管螺(8)为圆管状，后端 面有一与管螺(8)内外圆柱面同轴的环形刻槽，用于定位〇形密封圈(7)，尺寸与其匹配，内表面为圆柱面，外表面由占总长约2/3的螺纹面与直径略小的圆柱面组成，在圆柱面的端部有一凸台；充气后呈轴对称状的气囊(11)由具有弹性和气密性的橡胶制成，它有同轴的一大一小两个圆形开口，大口与管螺(8)连接，套装与管螺(8)外侧圆柱面上，并用扎带(9)捆扎形成径向紧固定位，管螺(8)端部的凸台对气囊(11)形成轴向定位，用密封胶保证可靠密封,气囊(11)的小口为充气口，完成充气后用塞子(14)塞上并用胶密封；所述塞子(14)为圆台形零件；管螺(8)尾部螺纹与后段壳体(1)口部的内螺纹旋合拧紧，实现对后段壳体中装药组件的轴向定位，管螺(8)中部螺纹与前段壳体(10)后端内螺纹旋合紧固，实现前后段壳体的连接定位；所述前段壳体(10)为两端开通的圆筒形壳体，内表面后口部有螺纹，所述轻气(12)为低密度轻质气体；前段壳体(10)的前口部与隔舱板(13)粘接定位，容纳保护充满轻气(12)的气囊(11)。

2.根据权利要求1所述的轻气破甲战斗部装药，其特征在于：在所述波形控制器(3)中，所述辐射状凹槽中所装***为DNTF基***，装药密度差不大于2‰，装药横截面积1.2±0.2平方毫米，辐射凹槽输出端间距h≤s/8，其中h为辐射状凹槽的外缘输出间距，s为主装药起爆点到药型罩的最短距离。

3.根据权利要求1所述的轻气破甲战斗部装药，其特征在于：所述药型罩(6)晶粒尺寸小于7微米。

4.根据权利要求1所述的轻气破甲战斗部装药，其特征在于：所述轻气气囊(11)为轴对称结构，药型罩口部气囊长径比L/D﹥1,L为气囊长度，D为药型罩外径，药型罩口部向前1D距离外，最小直径d＞20毫米，d为气囊直径。