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石油射孔弹聚能效应理论 培训讲义 培训人：王树山、魏继锋、徐豫新 北京理工大学爆炸科学与技术重点实验室 2010年9月 目 录 1石油射孔弹的结构 1 2基本概念 3 2.1空穴装药 3 2.2射流 4 2.3 聚能效应 4 2.4 炸高 4 2.5 爆轰 5 3 聚能射流形成理论 5 3.1 射流形成过程 5 3.2 射流形成机理 6 3.2.1 Birkhoff定常理论 7 3.2.2轴对称药型罩压合时厚度方向各层的速度和压力分布 11 4 射流侵彻理论 15 4.1 概述 15 4.2 连续射流侵彻的流体力学理论 17 4.2.1 定常理想不可压缩流体力学理论 17 4.2.2准定常理想不可压缩流体力学理论 17 5 射孔弹影响因素 18 5.1 炸药性能 19 5.2 起爆方式 20 5.3 药型罩材料及成型工艺 21 5.4 药型罩形状及结构 23 5.5 炸高 26 5.6 壳体 27 5.7 隔板 28 5.8 靶板 29 6 爆轰驱动理论分析 30 6.1 Gurney模型 30 6.2一维爆炸驱动能量守恒方程 31 6.3 聚能射流形成的临界条件 34 6.3.1 低速限制条件 34 6.3.2 高速限制条件 36 石油射孔弹聚能效应理论培训讲义 1石油射孔弹的结构 图1.1.1石油射孔弹实物图 图1.1.2石油射孔弹结构示意图 图1.1.3 射孔弹作用示意图 射孔弹主要由起爆器、穿/扩爆药、主装药、壳体、药型罩五部分组成。少数还可能含波形调整器。 （1）起爆器 常为雷管。 （2）炸药装药 是射孔弹做功的能源, 炸药装药的品种(配方)、密度、几何尺寸等物理和化学特征都对其性能有很大的影响。主装药通常有RDX、HMX为基的药剂。 （3）壳体 壳体材料的物理性能决定了壳体材料的弹塑性和强度，这一性能直接影响炸药爆炸能量的利用率。一般而言壳体强度越大，炸药的爆炸能量越容易集中作用于药型罩，壳体强度越小，壳体就越过早破裂，能量就越容易分散释放，能量利用率也就越低。 （4）药型罩 药型罩的作用是将炸药的爆轰能量转换成罩的动能，从而提高聚能作用，产生金属射流。对罩的材料的要求是：可压缩性小，在聚能过程中不气化，密度大，延性好。 聚能药型罩一般采用以铜基为主的粉末药型罩，它的特点是延伸性好，密度较大，易于加工等。目前通用的配方为80% 紫铜、19% 铅和1% 石墨, 也有在这些配方中加入适量的钨、锌、铋、钛等金属，目的是提高射流的密集度或加大它的延伸性，以便有利于提高穿深。如今，也有少量使用金属钽制作的药型罩，或者采用双锥罩。 事实上，不仅锥形罩能产生聚能作用，其他如抛物线形罩和半球形罩等也能产生聚能作用，这些都属于轴对称聚能装药。锥形罩也有圆锥形、喇叭形、双锥罩等多种形式。有时，药型罩可以做得很长，用以产生一条聚能射流，起切割作用，这种装要成为线型聚能装药或切割索。轴对称和平面对称型聚能装药应用很广，如在军事上，用于对付各种装甲目标；在工程爆破中，可在土层和岩石上打孔（勘探领域）；在野外切割钢板、钢梁；在水下切割构件（打捞沉船时切割船体）。 图1.1.4 破甲效应 2基本概念 2.1空穴装药 一段具有空穴而另一端起爆的柱形装药称为空穴装药。空穴的几何形状可以是锥形、半球形。 图2.1.1 空穴装药 2.2射流 射流是指流体从管口、孔口、狭缝射出，或靠机械推动，并向周围流体掺混的一股流体流动。 射流有气流、液流、固体颗粒流等。在弹药领域涉及的射流，可以这样称谓：在高温高压作用下，通过聚能效应产生的高速金属流。射流可进行动量、热量和质量传递。 2.3 聚能效应 聚能效应（Gathering energy effect），通常称为“门罗效应”，源于1888年美国人门罗(Charles E. Munroe)在炸药试验中发现。即炸药爆炸后，起爆炸产物在高温高压下基本是沿炸药表面的法线方向向外飞散的。因此，带凹槽的装药在引爆后，在凹槽轴线上会出现一股汇聚的、速度和压强都很高的爆炸产物流，在一定的范围内使炸药爆炸释放出来的化学能集中起来。 2.4 炸高 药型罩口部距目标靶表面的距离称为炸高。 如果将带有药型罩的炸药装药离开目标靶一定距离处引爆，将会增加侵彻深度。其中对应最佳深度的炸高，称为最佳炸高。 图2.4.1炸高示意图 图2.4.2 聚能装药侵彻深度—炸高曲线 2.5 爆轰 爆轰是伴有化学反应的冲击波，通常是前驱冲击波作用于炸药，在高温高压条件下诱发化学反应，释放的能量支持冲击波自持传播的过程。 爆轰波实质上是带有化学反应的冲击波。 能够发生爆轰的系统可以是气相、液相、固相、气—液、气—固或液—固。 瞬时爆轰是指装药一经起爆立即全部变成爆轰产物的现象。 3 聚能射流形成理论 3.1 射流形成过程