破片撞击下,带壳装药响应特征试验研究早有报道,于宪峰[344](1997)通过试验后残存靶标的观察,将柱面钢壳装药的响应现象分为无反应、半爆和完全爆炸3种;马晓飞[343](2009)结合录像和试验后靶标的观察,将柱面薄铝壳装药的响应现象分为无快速反应、局部爆燃、爆燃和半爆、爆轰4种。高速录像可获得靶标在破片撞击下微秒尺度响应过程的连续图片,如图9.4和图9.5所示。
图9.4 柱面薄铝壳装药靶标的破片冲击响应特征
(a)机械撞击响应(45钢破片,2A12-T4铝壳体,着靶速度:1 012 m/s);(b)燃烧响应(45钢破片,2A12-T4铝壳体,着靶速度:1 278 m/s);(c)局部爆炸响应(45钢破片,2A12-T4铝壳体,着靶速度:1 314 m/s);(d)整体爆炸响应(45钢破片,2A12-T4铝壳体,着靶速度:1 612 m/s)
图9.5 柱面薄钢壳装药靶标的破片冲击响应特征
(a)机械撞击响应(45钢破片,35CrMnSi钢壳体,着靶速度:1 313 m/s);(b)燃烧响应(45钢破片,35CrMnSi钢壳体,着靶速度:1 589 m/s);(c)局部爆炸响应(45钢破片,35CrMnSi钢壳体,着靶速度:1 613 m/s)
图9.4中,柱面薄铝壳靶标在钢破片撞击下的响应现象可分为瞬间闪光的机械撞击响应、无黑烟的燃烧响应、伴有黑烟的局部爆炸和白炙火光的整体爆炸响应共4种,如图9.4所示。
图9.5中,柱面薄钢壳靶标在钢破片的撞击下,装药响应现象基本也为4种,但与铝壳略有不同的是:(www.xing528.com)
①薄钢壳装药的机械响应时间长于铝壳;
②白炙火光的整体爆炸响应特征在试验中始终都未出现,如图9.5所示。
另外,无论是铝壳还是钢壳,燃烧和爆炸的出现总是随机的,并相互伴随,难以区分。试验中破片对柱面靶标的着靶位置是随机的,同样,弹靶作用条件下,破片撞击处装药厚度因柱面结构存在差异。因此,燃烧、爆炸两种化学反应形式中的只发生一种或两种同时发生均有可能。图9.4和图9.5中,图9.4(b)和图9.5(b)、图9.4(c)和图9.5(c)的弹靶作用条件几乎相同,但装药的响应却分别表现为红色火光的燃烧特征和黑色烟雾的爆炸特征。导弹战斗部同样为柱面结构,破片随机着靶处装药厚度的情况也必然存在,装药的燃烧、爆炸反应形式总是随机发生或两者同时出现。
战斗部装药的破片撞击响应特征可分为机械响应和引爆/引燃响应两种,燃烧和爆炸在实战中彼此是难以区分的。当然,破片初始撞击动能的增加,必然提高装药内冲击波的强度或破片、壳体碎块等机械作用的强度,同约束条件下装药发生爆炸的概率也将提高。但无论发生燃烧还是爆炸反应,当反应的成长速率过慢时,破片撞击初期壳体内部装药结构破裂或破碎损伤的发生概率较大。试验中,表现为破片撞击后破碎的炸药粉末喷溅而出,在空气中形成弥漫的烟雾,或被引燃,形成大面积的瞬间火焰,如图9.6所示。
图9.6 喷溅而出的炸药粉末在空气中被引燃
(45钢破片,35CrMnSi钢壳体,着靶速度:1 589 m/s)
综上所述,战斗部装药的破片撞击响应是一个结构破碎、材料反应等多事件构成的动态随机过程,过程中装药的响应特征同时受到壳体约束条件及温度、气压等环境氛围的影响。现阶段理想的理论模型难以对该过程进行描述,试验是获得破片引爆/引燃战斗部装药的有效途径,也只有试验结果才最具有说服力。而柱面结构装药在破片撞击下快速反应的发展过程是复杂的,燃烧或爆炸反应的出现是随机的,破片对导弹战斗部撞击引爆/引燃的战技指标可通过概率的形式予以表征。
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