Seokbin Lim,Braden Lusk,Paul Worsey (Department of Mining Engineering University of Missouri-Rolla)
摘要:本文论述了发现线性聚能装药机构的相关理论与实验,发现其作用原理与锥形聚能装药有很大的不同。已经发表的关于这个课题的相关文献认为线性聚能装药的作用机理和锥形聚能装药的方式相同。出于军事目的锥形聚能装药的研究工作已经做了很多,但是关于线性聚能装药机构的信息还是十分有限。之前的理论把聚能射流的形成作为主导过程。聚能效应是描述炸药起爆后爆炸产物沿着炸药表面飞向目标,并形成液体射流侵彻目标的现象。液体射流是由药型罩金属组成的,同时也锥形聚能装药的切割机构,一直得到广泛的研究。最近,密苏里大学的罗拉校区在用线性聚能装药切割混凝土实验中惊奇的发现在反应过程中没有液体射流产生。在完成几个钢筋混凝土倾彻实验后,在废墟中发现了很小的变形铜刀片。最初,刀片被认为是失败产物或药型罩的残留物。然而,结果是正确的,刀片在每个单独实验中都存在。经仔细检查后,带状物被认为是铜片折叠而成的,怀疑来自线性聚能装药的药型罩底部。为了验证这个想法进行了一系列实验。
线性聚能装药在民用方面一直仅仅用来钢材切割,这就是为什么刀片之前一直没有发现的一个好的解释。在钢材切割时,射流会焊接经过钢材被切割的部分。然而,在切割钢筋混凝土时,最初的震惊来自爆炸/冲击使混凝土变成粉末,同时变成粉末的混凝土会包住刀片。
线性聚能装药和锥形聚能装药机理上的差异可以用开始反应时不同的方法来解释。锥形聚能装药是从顶部开始反应,最后在水平爆轰平面朝着目标向下移动。而线性聚能装药是从炸药的尾部开始反应并且在移动一段距离后,在垂直平面内爆轰沿着装药向下移动。这个事实和实验报告中的细节标识了线性聚能装药机理的一个新的解释。
引言
破甲弹和尾翼稳定脱壳穿甲弹在侵彻装甲的军事方面的应用广为人知。破甲弹是基于锥形聚能装药原理工作的。炸药爆炸驱动锥形聚能装药的药型罩内部变形,形成高速射弹,并使药型罩开始拉伸/缩颈并分成许多小部分射流撞击目标(参考文献1)。然而尾翼稳定脱壳穿甲弹是建立在长杆倾彻上,即一个细长圆柱形状的杆在非常高的速度下侵彻目标。因为尾翼稳定脱壳穿甲弹的穿透主要取决于侵彻体的动能,增加其材料密度和机械强度是主要的研究方向。例如,尽管贫铀有一些环境问题,但是却是一种理想的穿甲弹材料,因为它具有非常高的密度(约2.5倍重比铁)和非常低的热导率,这使侵彻体在冲击靶板时减少了“迅速延烧”(局部变形)(参考文献2)(参考文献3)。
密苏里大学罗拉校区在使用线性聚能装药穿透混凝土目标的一系列的测试中,确认线性聚能装药射流形成过程和锥形聚能装药是不同的。一个一般的线性聚能装药反应起始位置和简单的几何形状,都包含许多平坦的表面,这导致了线性聚能装药的另一种切割原理:基于米斯奈-沙尔丁爆炸效应(起爆时爆轰一般的传播方向是沿着炸药表面),反应时主要形成一个刀片,而不是一个射流。
接下来的研究集中在为这个新的线性聚能装药射流的形成理论收集证据。
测试
所有的测试都是在密苏里大学罗拉校区炸药测试机构的岩石力学和炸药的研究中心的炸药实验室和密苏里大学罗拉校区实验井中完成的。这一系列的测试可以分为两个独立的类别。第一个是发射商用线性聚能装药对不同目标进行侵彻实验并收集/保存残留物,第二个是发射的由几层V型薄铜板(1毫米厚)叠成“定制装配“的线性聚能装药,定量验证所涉及的机制和新理论。测试的目的不是为了改善或测量侵彻而是确定过程中确实有刀片的形成。