新型熔铸炸药精密爆炸网络的设计与应用

孙 建，袁宝慧，谷鸿平，王亲会，王利侠，赵 凯

（西安近代化学研究所，陕西 西安710065）

引 言

爆炸网络是沿不同传爆路径传递爆轰波的传爆装置，其传爆路径可以是由炸药或爆炸物制成的柔性或刚性传爆通道［1］。如用导爆索［1-2］或橡皮药条可以制成柔性爆炸网络，其多点起爆的同步性误差一般在200ns以上；采用超细HMX 小尺寸沟槽装药［3］或橡皮炸药沟槽装药［4］，在一定程度上可以减轻沟槽装药量，但由于炸药的临界直径仍较大，需要采取隔爆措施以保护主装药和其他零部件不受干扰和破坏；采用精密压装技术制作的多点起爆网络［5］，起爆同步性有所改善，但适用于平面或简单结构的爆炸网络。这类传爆方式在战斗部中应用时，往往会受到爆炸网络结构布局、起爆与隔爆问题，以及工艺条件的限制，而且传爆精度和多点起爆的同步性误差也较大。C.J.Terblanche等研究了聚能装药底部起爆［6］，结果表明，对90°药型罩结构的聚能装药，由单一雷管输出到装药口部多点起爆，获得了头部速度为11 500m／s的凝聚射流。但多点起爆的同步性、网络装药的隔爆影响以及射流超音速碰撞引起的凝聚性问题都对射流的形成有较大影响。

随着现代战场对弹药智能化和多功能化的需求，爆轰波形控制技术在战斗部中应用得到了迅速发展。对于以聚能装药为基础结构的多模式战斗部，爆轰波形的控制是多模可选择方案的重要基础，其多点起爆的同步性误差应控制在100ns以内［7-9］，因为聚能侵彻体的横向偏移量随多点起爆同步性的偏差增大而增大，严重时可造成侵彻体不对称或严重弯曲，降低射流的穿深能力或影响EFP的飞行稳定性。

本研究采用新型DNTF 基熔铸炸药的沟槽装药技术制作爆炸网络［10］，并使爆炸网络在战斗部中预埋，以解决爆炸网络小型化和精确控制爆轰波的问题，为多模毁伤弹药的爆轰波形控制开辟新的技术途径。

1 爆炸网络的设计

1.1 起爆同步性设计

式中：t、Δt为传爆时间和多点同步性极差；D、ΔD分别为传爆药的爆速和爆速极差；L、ΔL分别为传爆路径长度和长度极差。

由此可见，选用爆速高，且爆速误差小的炸药装药，可以大幅度提高爆炸网络传爆的同步性；传爆距离和传爆路径的误差对传播时间也有较大影响。前者是选择炸药，后者是爆炸网络的结构布局和装药工艺控制。

新型DNTF基熔铸炸药具有临界直径小、爆速高、爆速极差小以及爆轰传播稳定性好的特点，作为爆炸网络的传爆药，可以在网络基体上制作沟槽装药，减少多点起爆的同步性误差。此外，由于DNTF基熔铸炸药的爆速基本接近或略高于以HMX 为主的战斗部装药的爆速，因而爆炸网络的多点起爆可使主装药迅速形成稳定爆轰，有利于改善传爆的可靠性和主装药的爆轰性能。

1.2 爆炸网络在战斗部中的预埋

为了使爆轰传播从单点输入转换成相应位置的多点输出，需要根据战斗部的结构和爆轰波形的特点，将爆炸网络预埋在战斗部中，并解决有限空间和有效载荷条件下的传爆和隔爆的矛盾，在保证主装药不受干扰的条件下，使爆炸网络可靠传爆。

关于爆炸网络的传爆与隔爆，在设计上应尽可能减少沟槽装药的药量或装药直径，但沟槽装药的直径应大于该炸药的临界起爆直径，才能保证沟槽装药的稳定传爆。影响装药直径的主要因素有：炸药的临界起爆直径、炸药的粒度、装药密度和外壳约束等条件。其中，炸药的临界起爆直径是制约爆炸网络小型化的关键因素。目前常用的高能炸药，如RDX、HMX 等，其临界直径一般都在1mm 以上。新型DNTF基熔铸炸药作为传爆药，其临界直径仅为0.2mm，为爆炸网络在战斗部中预埋和实现小型化奠定了重要的技术基础。

考虑到工艺和常规战斗部的使用要求，采用1mm 直径的沟槽装药，并使其在爆炸网络基体上等长均布，以确保沟槽装药的连续性和均匀性，不仅可降低爆速极差，提高多点起爆的同步性，而且有利于解决爆炸网络的传爆与隔爆的矛盾，使爆炸网络小型化并预埋在战斗部中，实现精确控制爆轰波形的目的。

2 爆炸网络实验

2.1 传爆与隔爆实验

为了研究新型DNTF 基熔铸炸药沟槽装药的传爆与隔爆的匹配性能，进行了不同厚度网络体沟槽装药的起爆试验和隔爆试验，结果如图1 所示。图1（a）给出爆炸后不同厚度网络体基板背面的破坏程度。图1（b）和（c）分别是沟槽装药网络体基板起爆前状态和起爆后背面放置的JH-14 传爆药柱的状态。结果表明，采用10mm 厚的网络体基板可以确保1mm 沟槽装药起爆后其背面的传爆药柱既不殉爆也不破坏。

图1 爆炸网络沟槽装药的传爆与隔爆试验结果Fig.1 Experimental results of the explosion propagation and isolation of explosive in the explosive circuit channels

2.2 起爆同步性实验

为了满足多模式战斗部毁伤元的同轴性要求，多点起爆的同步误差应控制在100ns以内。采用DNTF基熔铸炸药制作不同结构的精密爆炸网络，用8号电雷管在中心起爆，通过爆轰分流形成多点同步起爆。 采用多通道时间间隔测量仪（TSN632M），用多条铜靶线接收每个输出端的导通信号，分别对3种爆炸网络典型结构的多点起爆同步性进行测定。试验照片见图2。

图2 不同结构的爆炸网络多点同步起爆试验Fig.2 Experimental of the explosive circuit with different structures by the multi-point initiation ways

图2表明，1入6出、1入12出和1入24出的起爆同步性极差分别为35、64和74ns，多点起爆的同步性可控制在几十纳秒以内。

为了进一步分析多点起爆的爆轰波形，对于典型的1入6出结构的爆炸网络方案，用高速摄影狭缝照相技术拍摄了主装药中药型罩顶部特定位置的波形图，见图3。由图3可见，装药顶部可以形成收敛的锥形波，其同步性误差在几十纳秒以内，该爆炸网络多点起爆所形成的类环形波可以满足多模式战斗部聚能毁伤元形成的同步性要求。

图3 爆炸网络1入6出高速摄影波形图Fig.3 Detonation waveform of the explosive circuit with the six initiation points by means of high speed photography

3 爆炸网络的应用

应用上述爆炸网络，对同一种聚能装药，采用中心起爆和周向多点同步起爆，可以获得不同的聚能侵彻体，实现毁伤模式可选择。为了验证爆炸网络周向多点同步的起爆性能，与常规带隔板装药在周向相同位置上起爆条件下进行了对比试验。试验结果见图4和表1。

结果表明：（1）对于同一种聚能装药，不同起爆方式下的侵彻性能不同。中心点起爆形成的杆式射流较粗，其特点是穿孔直径较大，穿深较低；周向多点同步起爆所形成的长射流，穿深能力较强，穿孔较细。通过中心起爆与周向多点起爆方案组合，可以使多模式战斗部具有两种不同毁伤模式可选择，其穿深能力相差50%以上，穿孔直径也有明显的差异，可分别用于对付不同的目标。（2）由周向多点同步起爆与常规带隔板装药环形起爆的穿深对比可见，其射流穿孔准直，证明爆炸网络多点起爆的同步性可以满足聚能毁伤元形成的同轴性要求。此外，多点同步起爆方案与常规隔板环形起爆相比，穿深略有提高，有利于增加药型罩顶部的有效装药量，提高聚能装药的穿深能力。

图4 不同起爆方式下聚能装药穿靶试验结果Fig.4 Experimental results of the shaped charge against the targets by different initiation ways

表1 不同起爆方式的穿靶结果Table 1 Experimental results of penetration by the different initiation ways

因此，将该精密爆炸网络预埋在多模式战斗部中，既能实现毁伤模式的可选择，还可简化战斗部结构，提高多模弹药的毁伤效应和战场应变能力。

4 结 论

（1）用新型DNTF基熔铸炸药作为液相载体制作精密爆炸网络，从单点起爆放大成多点同步起爆的同步性可控制在100ns以内，能够满足聚能侵彻体形成的同步性要求。

（2）爆炸网络在战斗部中预埋，不仅可使爆炸网络小型化，大大简化战斗部结构，而且有利于战斗部主装药迅速形成稳定爆轰，提高传爆的可靠性。

（3）DNTF基熔铸炸药精密爆炸网络在多模毁伤弹药中应用，使同一种聚能装药具有不同起爆方式可选择，为多模式战斗部毁伤模式的选择开辟了新的技术途径。

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