水雷炸药现状分析及发展方向的思考*

徐先勇 李志华

(海军蚌埠士官学校 蚌埠 233012)



水雷炸药现状分析及发展方向的思考*

徐先勇 李志华

(海军蚌埠士官学校 蚌埠 233012)

水雷装药是水雷重要的战术技术指标。介绍了国内外水雷装填炸药发展现状,重点分析了海萨尔炸药与高聚物粘结炸药(PBX)的主要性能及特点,并与现役水雷装填炸药参数进行对比,分析了水雷主装药的发展趋势。最后对水雷主装药发展提出思考和建议。

水雷; 装药; 高聚物粘接炸药; 战斗部

Class Number TM911.1

1 引言

水雷是一种破坏威力强大、战果显著的水中兵器。水雷的破坏威力或破坏半径取决于战斗部主装药的性能,炸药及其装药技术是战斗部核心技术之一,是战斗部实现高效毁伤的重要因素。装药量的大小是衡量水雷战技指标的一个重要参数。随着现代舰船的不断发展,其攻击能力和防护能力都在提高,对水雷主装药的威力提出了更高的要求。

2 水雷主装药的基本要求

水雷对目标的破坏作用分接触爆炸和非接触爆炸作用。接触爆炸如过去前苏联的带触角的锚雷和漂雷,它主要利用炸药爆炸的冲击波超压直接对目标形成破坏作,非接触爆炸分近距离非接触爆炸和远距离接触爆炸,近距离非接触爆炸型水雷大都为锚雷、上浮雷等特种水雷,它们主要利用炸药爆炸的冲击波超压及气泡脉动对目标形成破坏作用;而沉底水雷大都属于远距离非接触爆炸型水雷,它主要利用炸药爆炸气泡脉动及冲击波超压对目标形成破坏作用。

新型水雷大都为非接触爆炸型,评价其水下爆炸威力的两个重要能量参数是冲击波能和气泡能,要提高综合能量,主要从炸药的爆速、爆热、爆压三个方面予以考虑。适当的爆速,可以减小冲击波的水中衰减,从而能在较远距离处仍能保持较高的超压和冲量,提高炸药的能量利用率:适当的爆热,表明炸药爆炸潜能(二次反应)突出,可以有更多的能量释放出来做功,有利于提高水下爆炸威力;适当的爆压可以产生对目标较高的冲击破坏。根据水雷炸药毁伤机理及水雷勤务管理,水雷主装药必须符合以下原则[1～2]:

1) 水雷战斗部主装药的能量设计应考虑水雷不同的作战使命和对目标不同的破坏作用。不同的能量分配和不同的能量作用对目标的破坏作用是不同的,如近距离非接触爆炸,就应该选以冲击波能为主、气泡能和水流为辅的能量输出结构的炸药;远距离非接触爆炸,就应该选用以冲击波能、气泡能为主和水流为辅的能量输出结构的炸药。

2) 炸药要有良好的安定性且性能稳定。炸药一旦装填于水雷壳体中,由于其贮存寿命要求长(大于20年以上),如果炸药安定性不好,造成水雷战斗部的报废,这是极其危险的危险源,且处理也是十分危险和困难的。

3) 必须保证水雷所需的破坏威力,炸药水下爆炸时,要有较高的冲击波能和气泡能(即综合能量),以形成对目标的初始破坏,增强后续爆炸能量的破坏效果。

4) 装药的工艺性要好。主要包括装药工艺要安全、稳定、方便操作,炸药应当易于融化且不因加热而分解。

5) 炸药的原料要求来源丰富,生产简便安全,成本低廉,适于大量生产。

3 水雷主装药的发展现状

水雷主装药的发展经历了黑色火药、黄色炸药到高能炸药的过程。水雷战斗部主装药国外发展比较有代表性的国家是前苏联和美国,苏联的发展模式是在水雷中装填TNT、MT、MC、TГ系列、TГAГ-5等炸药;美国的发展模式是就水下爆炸对目标的破坏机理方面作了很深入的理论和应用研究,高爆热的含铝混合炸药,并且特别注重水下爆炸对目标破坏时的能量分配,选择那些能量输出结构合理、水下爆炸综合能量较高、装药工艺性好、安全稳定的含铝混合炸药。在鱼雷、水雷、深水炸弹等中装填Torpex、H-6、HBX系列、PBXN系列炸药,目前美国水中兵器中已装填了PBXN-115、PBXW-16的含铝混合炸药。装药也经过了从敏感到不敏感、到钝化方向的发展过程。如新型水雷为了提高抗爆炸能力,不被投放距水雷较远的灭雷炸药诱爆,而采用低易损性炸药[3]。

我国对水下爆炸的理论研究和应用研究相对落后,过去水中兵器装填炸药长期沿用苏联模式的TNT、TГ系列炸药,以注装药工艺为主。20世纪70年代中期研制成功了由梯恩梯、黑索今、铝粉和钝感剂等组成的RS211炸药,几十年来几乎成了水中兵器战斗部的唯一一种装药,并先后装填于多种型号水雷战斗部中,较大地提高了水雷的爆炸威力,为海军装备建设做出了较大的贡献。后续又在RS211炸药的基础上,研制了其改进型RS3-4炸药,水中爆炸综合能量和工艺性能都比RS211炸药有明显提高,其水下爆炸总能量为184%TNT当量,比RS211炸药提高了23%,RS3-4炸药水下爆炸的总能量中,气泡能比RS211提高了37%,气泡能在总能量中的比例达到了77.7%,比RS211高出7.8个百分点,装药工艺也改为热塑态装药。90年代末,我国火炸药专业研究单位、装药生产单位、院校开始研究水中爆炸现象和新一代水下军用炸药,海军相关部门也组织力量开展水中爆炸规律与高效毁伤机理歼究,经过多年努力,在理论和实践应用方面都取得了较大进展。PBX高分子粘结炸药、海萨尔等炸药相继通过技术鉴定,其水中爆炸威力、装药安全性进一步提高,装药工艺也以真空振动复合浇铸和压装为主。

3.1 海萨尔炸药

海萨尔炸药是一种性能优良的新型含铝高威力的炸药。该炸药在我国已成功地应用于高炮榴弹、水中破障弹及炸飞机跑道炮等产品的装药,并且已出口国外。受到国内外用户的欢迎,是一种技术成熟、性能优良的炸药[4]。

海萨尔具有比较优异的技术性能,主要表现在[5]:

海萨尔炸药的爆热、爆速高,威力、相对猛度大。

海萨尔炸药的机械感度低,使水中兵器平时运输、贮存、操作维护保养的安全性大大提高。

海萨尔炸药的安定性好,可使装填海萨尔炸药的水中兵器的贮存期大大延长,贮存期可达50年以上,具有优异的贮存性能。

海萨尔炸药的起爆感度好。由于海萨尔炸药采用压装工艺装药,可用8号雷管直接起爆。采用海萨尔装药的水中兵器,现有的起爆、传爆系统不需要改变,现有的聚能起爆装置不需要变化。

海萨尔炸药的装药密度大,在相同的容积内,装填海萨尔可以比装填RS211多,因此在相同的容积装药的情况下,装填海萨尔炸药水中兵器的爆炸威力将是装填RS211炸药水中兵器爆炸威力的约2倍,大大提高了水中兵器的爆炸威力和对敌舰船的打击效果。

目前,海萨尔炸药主要装填于炮弹上,在水中兵器上的并未得到实际应用。

3.2 PBX炸药

PBX炸药是高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosive)的简称,它是以高能猛炸药为主体,加入胶粘剂、增塑剂、钝感剂等物质而成的一种高能混合炸药。PBX炸药具有较高的能量密度,较低的机械感度,良好的安定性、力学性能和工艺性能,处理安全可靠,并能按使用要求制成具有特种功能的炸药。PBX炸药种类繁杂,按装药工艺可分为:压装、铸装和塑态装药等;按物理状态可分为造型粉、塑性炸药、浇铸高聚物粘结炸药、泡沫炸药等。PBX炸药广泛应用在反坦克导弹、水雷、鱼雷、激光制导航空炸弹和核战斗部起爆装置等。

目前用做战斗部主装药PBX炸药主要有两类:一类是JO-X为代表的高能炸药,它以HMX为主体,HMX含量达95%左右,其余为粘接剂、钝感剂、润滑剂等,其爆速可达8700m/s,装药工艺以压装为主,该类炸药主要应用在我国反坦克导弹、激光制导炸弹等精确制导武器系统;另一类是GUHL-1为代表的高能炸药,它以RDX为主体,RDX含量约为20%,其余为粘接剂、球形铝粉、高氯酸铵、固化剂等,其爆速为5400m/s,爆热高达8200kJ/kg以上,它采用真空振动复合浇铸装药工艺,该类炸药主要应用在我国水中兵器、大型钻地攻坚等武器系统。

GUHL-1型PBX炸药作为国内一种新研制的高能炸药,它具有水中爆炸威力大、装药质量及工艺性能好、安全性高等特点,比较适宜作为水中兵器战斗部主装药[6～7]。

PBX炸药装药采用捏合、真空振动注药、热固化成型工艺。该工艺是通过将高能炸药与高分子材料捏合形成高分子粘接炸药,注入弹体药腔,经热固化形成药件的一种装药工艺方法。该工艺还具有自动化程度高,劳动强度低等特点,适于批量生产。

由于PBX炸药组分加入了高热值的金属铝粉,大大提高混合炸药的爆热,同时真空振动装药工艺又提高了其装填密度,经对比试验,其水中爆炸综合威力可达2.0倍以上TNT当量,与梯黑、梯黑铝等炸药相比,其威力得到明显的提高。

PBX炸药由于混合过程中加入了适量的高分子粘接剂,这类炸药成型后成为弹性的固体,能将外部刺激的能量分散于炸药装药的较大体积之中,从而减少局部发热,降低感度。其机械感度、热感度等均明显低于普通高能混合炸药,这类炸药在燃烧、枪击、破片撞击、爆炸等环境中不易产生殉爆,更保证了使用安全。由于其稳定性、安定性好,使用、贮存过程中基本免予维护,勤务系数低,从而降低了使用成本。TNT炸药、RS211、RS3-4、海萨尔及GUHL-1型PBX高分子粘结炸药有关性能参数比较如表1所示[8～9]。

表1 五型装药性能参数比较

复合浇铸PBX炸药及装药技术的研制成功,填补了国内水中兵器装填PBX高分子粘接炸药的空白,作为一种具有广泛应用前途的高能、低易损炸药,其作为战斗部主装药已成功应用在新型水中兵器装备,PBX炸药装填密度、装药内部质量、工艺稳定性,装药安全性、装药连续化和自动化等方面都得到很好检验和验证,满足武器系统使用要求。

复合浇铸PBX炸药及装药也存在一些问题和不足,主要表现在:雷体装药热固化时间偏长,同时需要多套恒温设备,消耗大量的能源,且生产效率较低:装药过程中残留的炸药或药柱无法返修再利用,只能进行销毁处理,造成物料的浪费等;另外在炸药与雷体内壁结合力、炸药在高低温环境下适应性、抗高发射过载、常温快速固化和如何实现精密装药等技方面还有待进一步摸索和完善。

4 水雷主装药的发展趋势

根据新型水雷的作战使命和对目标不同的毁伤作用,迫切需要那些水下爆炸综合能量高,装药工艺性能好,安全稳定的含铝混合炸药来满足不同水雷研制的要求。

1) 研制水下爆炸综合能量高的炸药

目前,世界各国虽然都在致力于高能量密度材料的合成工作,当前各国在应用以RDX、HMX为主体的混合炸药的同时,也在不断地改造原有TNT及RDX的混合炸药,当前研究的热点是CL-20、DNTF、TNAZ等高能量密度化合物在混合炸药配方中的应用。虽然水雷主装药从RS211到PBXN炸药,其水下综合能量(TNT当量)己从1.6增加到2.0左右。根据有关文献报道,国外已研制出TNT当量达到2.5甚至更高的新型炸药,为此开展新型含能材料、水中使用的新型高能混合炸药的研制是提高水雷作战能力有效途径之一。

2) 积极发展燃料空气炸药(FAE)

由于燃料空气炸药作用面积大,对目标的作用冲量大,对有生力量和软目标具有很大的毁伤效应,所以引起了世界各国的普遍重视,各国发展燃料空气炸药的重点是高能化,用烃类燃料代替环氧乙烷,扩大冲击波作用范围。2007年俄罗斯研制成功“炸弹之父”,采用含高活性金属材料的高能FAE炸药,其爆炸威力接近6倍TNT当量。云爆战斗部和相应配套技术的预先研究,是开展云爆水雷研制的基础条件,这里包括水雷出水技术的研究、出水后导向技术、成像技术研究、云爆水雷引爆技术的研究等。云爆水雷出水后,经导向直接在舰船上方一定距离引爆,使舰船甲板上的官兵窒息而亡、设备损坏、战机破损,舰船丧火战斗力。

5 对水雷主装药发展的思考和建议

1) 开展水雷精确攻击技术的研究

尽可能采用近距离接触爆炸和接触爆炸的形式实施对目标的破坏作用,这是充分发挥水雷主炸药作用的有效途径。要深入研究水雷新技术,主要包括开展复合装药结构、起爆控制技术与水下爆炸威力场关系的研究;同时开展水雷对目标的远距离探测技术、识别技术和定位技术的研究,攻击弹道控制技术研究,高性能的近炸引信技术研究,定向起爆和多点起爆技术的研究,将水雷战斗部准确遣送到主装药有效破坏半径以内,并尽可能接近目标可靠引爆,击毁目标。

2) 优化水雷战斗部总体设计

根据水雷不同的作战使命,设计不同的战斗部装药结构,充分发挥水雷主装药的破坏作用。如聚能装药、复合装药,可使水雷战斗部在接近目标时爆炸,射流穿透舰船或射流穿透舰船后实施二次爆炸,深入舰船内部毁伤仪器设备及有生力量,增强毁伤效果。

水雷战斗部主装药是水雷专业预先研究和型号研制中一个重要方面,其技术本身及配套技术所涉及的专业多、要求高,需要各相关部门相互配合,尽早在课题和型号中开展相应技术研究,为水雷发展做出更大的贡献。

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Present and Prospect of Mine Charging

XU Xianyong LI Zhihua

(Beng Bu Navy Petty Officer Academy, Bengbu 233012)

The mine charging is the key component in the mine. This article introduces the status quo of domestic mine charging, analyzes the main performance and characteristics of the Hexal explosives and the PBX dynamite, and compares these parameters with those in active duty, analyzes the development trends of the mine charging. The advice is put forward in the end.

mine, charging, polymer bonded explosive, warhead

2015年4月8日,

2015年5月26日

徐先勇,男,硕士,讲师,研究方向:水中兵器。李志华,男,博士,副教授,研究方向:水中兵器。

TM911.1

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.10.004