炸药爆轰形成高能量密度气体爆轰产物,而爆轰产物的剧烈膨胀流动,必然促使与其接触的介质或目标发生加速运动或变形。若炸药由弹壳强约束,爆炸释放的能量驱动壳体破裂形成破片高速运动,这一问题的理论研究和具体实现具有很重要的实际意义。爆炸对壳体的驱动过程规律及破片速度的计算是各种杀伤榴弹及导弹战斗部威力设计的基础,也是安全防护需要解决的问题。
弹药自然破片,是指在装药爆炸作用下,弹体自然形成的破片,不包括钢珠钨块等预制破片和弹体带预刻槽所形成的预刻破片。如图2.15所示,位于起爆源附近的炸药,在起爆能量作用下,开始发生物理化学反应,形成爆轰产物和爆轰波波阵面。爆轰产物的巨大压力和冲量作用在弹体内壁上,使弹壁金属变形;同时,爆轰波波阵面的爆轰压力可达(2～3)×104 MPa,并以7～8 km/s的速度向未反应区推进,直至弹丸内全部炸药爆轰完毕。炮弹从头部开始起爆至全部爆轰完毕,一般需几十微秒时间,如122 mm榴弹为60μs,20 mm榴弹为10μs。
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图2.15 弹丸爆轰过程示意图
随着爆轰波的传播,弹体承受很大的爆轰产物压力,并开始变形。当变形达到一定程度时弹体内部最薄弱处则出现裂点,裂点也以一定速度并沿一定路径向内外表面扩延,形成裂纹。裂纹继续扩展,并彼此相交使弹体破裂形成破片。
由于弹体在膨胀过程中获得了很高的变形速度,因此弹体所形成的破片速度很高。此后破片飞散时,在爆轰产物压力的作用下还略有加速。但破片受到的空气阻力作用很快和爆轰产物的作用力相互平衡,这时破片速度达最大值,称为破片初速。破片初速一般在600～1 500 m/s范围内,而达到初速的位置一般距爆炸中心2～3倍口径。如122 mm钢质榴弹,破片初速约为1 080 m/s,其相应位置约距爆炸中心250～300 mm。
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