聚能装药技术的应用与发展趋势

爆炸破障技术主要是应用在安全部门执行抓捕嫌犯、解救人质、救灾救援以及消防救人救火等紧急任务中，在这些突发事件中，往往遇到的第一个问题是如何快速打开应急通道入口，即如何迅速破门或破墙而入，这是国内外安全部门应急处置的首要难题。

针对快速开启难题，国内外已有采用爆炸技术来进行破障的器材。对于破门技术，美国警察有500系列柔性突破性开门和开锁两种类型开门器材，还有一种震墙开门钥匙，均采用炸药爆炸开启门，但美国的门为向里开门，且多为木门。国内亦有采用炸药驱动锤体撞击开门方式。对于破墙技术，美国陆军作战手册FM90-10、FM90-10-1、FM3-06.11对于城区战斗MOUT（城市地区军事作战行动）中如何攻击敌占建筑及清场行动，专门有相应章节加以说明。地面进攻时，一般的40 mm榴弹和反坦克火箭弹可以直接在墙壁上开洞，或使用炸药包把墙壁炸出一个洞然后突入建筑物。对于现有的一些破障器材，在我国的一些实际情况中总有一些不适应或者不够优化，研究出一种既符合我国的国情，又能够尽可能减小附带毁伤的破障器材，便成了现今研究的热题。

在现代反恐作战中，采用工具和炸药等传统方法破门破障已经无法满足新形势新任务提出的新要求。为实现快速破门、破窗或在墙上破洞，使作战队员快速突入，聚能爆破切割装置以其快速反应、高效处置的特点，广泛应用于反恐处突、特种作战等领域。

1.聚能装药技术概述

聚能装药，又称成型装药，是一种一端装有内凹金属罩（药型罩）的装药，在另一端引爆后，爆轰波从药型罩顶部掠至尾部时，将罩以很大的速度向轴向挤压，使罩金属变形并在轴线处发生碰撞，同时在碰撞高压的作用下，汇成一股连续高速金属射流。金属射流头部速度在6～10 km/s，尾部的速度大约为2 km/s。射流金属占金属罩质量的6%～11%，其他金属部分形成跟在高速射流后面以较低速度运动的杵体。由于射流速度分布不均匀，存在速度梯度，所以射流的长度随时间而变长。一般情况下，射流的直径也是不均匀的，头部细、尾部较粗。射流飞行一定时间以后，由于速度梯度的存在越拉越长，终于断裂成为一串不连续的小段或颗粒。

成型装药的聚能效应主要特点是能量的密度高和方向性强，仅仅在锥孔方向上有很大的能量密度和强烈的破坏作用，适于需要局部破坏的领域。在成型装药的锥孔表面加上一个金属罩，爆炸后的爆轰产物将推动罩壁向轴线运动，将能量传递给金属罩，这样就可以避免气体的高压膨胀引起的能量的再度分散。罩壁在轴线处碰撞时，罩内表面的速度比药型罩压垮闭合时的速度高出1～2倍，使金属中的动能进一步提高。在这一过程中促使药型罩材料在分段的时间间隔内急剧变形，应变率可达106～107/s，这是因为叠加到变形上的力是很大的流体动态压力，锥形药型罩材料在中心线上压合使一部分的药型罩挤出，从而形成高速的金属射流。

2.聚能装药技术的发展

炸药爆炸的聚能现象，早在18世纪就发现了，但一直没有得到重视。在第二次世界大战中，由于军事技术应用的推动，交战各国迅速采用了聚能装药破甲弹这一新弹种，用于对付装甲如坦克、装甲车等。第二次世界大战后，聚能装药开始得到更广泛的发展和应用，整个聚能装药的发展史可概括为三个阶段：

1）早期发展阶段（18世纪末到20世纪30年代中期）(www.xing528.com)

在不同外壳的情况下，由雷管引爆炸药的爆炸反应能量通过炸药柱传播。这被称为爆轰或猛烈爆炸。1883年，德国人冯·福斯特第一次论证了高能炸药的空穴效应。所以后人均比较认同他是现代成型装药的真正发现者。自冯·福斯特发现成型装药的空穴效应到20世纪30年代认识到金属药型罩的重要性，经历了四十多年，其间虽然争议不断，但许多现象和结论的提出为后期成型装药的发展和应用奠定了坚实的基础。

2）第二次世界大战期间的成型装药（20世纪30年代中期到50年代）

由于第二次世界大战的爆发，带有药型罩的成型装药获得了惊人的发展。成型装药被应用于巴祖卡火箭筒、铁拳反坦克火箭筒以及其他各种反坦克导弹和其他装置。这一阶段因战争的需要，各国均投入了大量的人力、物力研究衬有金属药型罩的空穴装药，迅速把成型装药应用于军事领域，并成功地研制出针对不同战斗对象和战术指标的枪弹。特别是后期闪光X射线照相技术的引进，将药型罩的压跨、射流的形成通过图片真实地反映出来，进而对其成型装药理论进行比较合理的阐述。

随着第二次世界大战的结束，许多国家聚能装药研究停顿了下来。美国的一项商业调查表明：那些以前致力于军事研究的制造商已开始在非军事领域寻求聚能装药技术的应用。如油井、矿井的挖掘，钢熔炉的出液清堵，以及用于科学研究的人造流星的制造等，在军事应用领域，火箭、导弹和原子武器的研究者则对聚能装药的设计进行了创新的研究，研究内容包括自毁、阶段分离等。

3）第二次世界大战后期聚能装药的发展（20世纪50年代至今）

成型装药理论在第二次世界大战后继续发展，特别是朝鲜战争的爆发又加大了各国对聚能装药的投入和研究。高速摄影术和闪光X射线照相技术使得实验方法进一步完善，TNT炸药改用了能量更高的炸药，如B炸药、奥克托今、压装炸药、LX-14混合炸药等，引爆方式和波形形成方法使得战斗部的设计也得到相应改善，此外发展了大型计算机编码，用以模拟成型装药药型罩的压垮、射流的形成和自由运动。

一些国家的国防部还一直从事一些专用成型装药的其他应用研究。这些专用成型装药设计包括外壳或炸药的压实，改变几何形状或改变所使用的装药类型，改变起爆方式，利用炸药透镜或多种炸药或者炸药-非炸药隔板或间隙，波形形成法或形成爆轰波（通常利用短装药头部高度来确保均匀强度的波），或者改变炸高距离。通过改变药型罩材料，改变药型罩的壁厚、变壁厚（使壁厚连续或非连续地逐渐变化），或改变药型罩的几何形状均可获得良好的效应。

这些实验的改进、计算机编码的开发、高能炸药的运用以及药型罩加工新工艺的引进，使得聚能装药在一定程度上得到了加速发展。此外，一些20世纪50年代开始的研究工作仍在继续，非军事领域的应用也在日益增大。