3-17 子母战斗部中心药管爆炸开舱抛撒压力计算

金建明

　　用中心药管爆炸实现母弹开舱与子弹被抛撒的动力是中心药管内的装药爆炸。母弹开舱并将子弹抛出的过程瞬间( 约为数十微秒至数毫秒内) 完成且极为复杂。方案参数选择采用假设：装药瞬时爆轰；计算中心管膨胀、膨胀产物冲出中心管后的运动仅考虑径向运动，忽略爆轰产物传播和反射过程中的细节而着重考察与总体效应相关的一些初始状态量与终了状态量。当子弹在子弹架内的设置确定后，在一定的蒙皮材料、壁厚及刻槽条件下，影响母弹开舱及子弹被抛撒状态的主要因素为中心药管内的装药量及性能、中心管的尺寸与材料的延展性以及子弹架材料性能等设计选择。

　　考虑蒙皮纵向刻槽的应力集中效应，取母弹开舱需要的最小压力p_mp为受内压作用下破坏压力的1/3，被抛撒子弹的安全压力p_ZD也可事先算出。根据炸药密度r_0、炸药爆速D、中心管的初始内半径r₀、中心管内爆轰产物的多方指数平均值g₁等参数可算出炸药瞬时爆轰的平均压力p_m。中心管爆破时刻的半径r₁与初始半径r₀之比r₁/r₀与中心管材料的性能有关。中心管破裂时刻的压力p₁可用r₁/r₀、p_m及g₁算出。中心管破裂后，爆轰产物将冲出中心管在母弹舱体内扩展从而对子弹架、子弹及蒙皮产生压力。记在膨胀初始时刻半径R₀处与膨胀中半径R处对应的体积与压力为V₀、p₀和 V_R、p_R，在这个膨胀步上适用的多方指数为g₂。从R₀到R₁任一个膨胀步上的压力算式为p_R/p₀=(V₀/V_R) ^{g 2}

　　计算p_R时，g₂ 的取值受众多因素的影响。它与中心管破裂时刻的爆炸产物有关；也与子弹架及子弹等母弹舱内结构物的结构、材料、尺寸等因素有关。在实际的膨胀过程中，g₂是不断变化的。具体计算中采用了分步膨胀的方法。用于计算的g₂-p曲线见图1。

　　在体积计算中，将曲面段简化成截锥段；为考虑子弹、子弹套等结构物及子弹架的不可压缩性所占体积不能用于爆炸产物的可扩展空间，引进体积修正系数K_v。

　　因此，半径为R_Z处的压力计算公式可概括为p_R = p_R( p_m，K_v，r₀，r₁ / r₀，g ₁，R_Z ) 。

　　计算分析的主要结论为:(1)同一种炸药若g ₁增大，则p₁减小；不同种炸药，当r × D²增大，则p_m增大，使得p₁增大；在相同的r₁/r₀条件下，装药性能不同，产生不同爆轰压力的影响是带根本性的；考虑到子弹结构的承压能力，若用爆速较高的炸药，相应的中心管宜取直径较小的。(2)在使用一定性能炸药保证满足p_R>p_mp条件下，若r₁/r₀增大，可较易地满足压力条件p_mp<p_R<p_ZD 。于是，蒙皮的纵向刻槽深度可以较小，中心管可选用较小直径，可选用装药的范围也较宽。(3)存在临界布局半径R_cr，应避免在小于临界布局半径内设置子弹。