美国常规钻地武器的主炸药

美国常规钻地武器的主炸药

刘晓波

（中国工程物理研究院化工材料研究所，四川绵阳 621900）

摘要：介绍了美国在役常规钻地武器的几种主炸药，包括 PBXN-109、AFX-757、PBXIH-135、PAX-3 和PAX-28 等塑料粘结炸药，以及固态燃料空气炸药、高温燃烧剂和高密度惰性金属炸药等新概念炸药；介

绍了美国在研常规超音速 / 极超音速钻地武器，及其主炸药可能面临的问题。

关键词：钻地武器；主炸药；超音速；极超音速

1 引言

钻地武器主要用于打击坚固和深埋的地下目标，其战斗部在撞击和侵彻的过程中通常承受着非常高的冲击和结构载荷，因而主炸药应该具有适宜的耐受性和易损性。一般而言，钻地武器的主炸药普遍采用低冲击感度的钝感炸药。

对于钻地武器而言，其炸药的研究和开发涉及大量性能试验、安全试验和侵彻试验，特别是全尺寸规模的侵彻试验，因而在很大程度上受制于时间和成本因素。但是，随着数值计算和模拟技术的日趋成熟，例如热化学程序CHEETAH 的应用，新型炸药的设计迈上了一个新的台阶。

1 美国在役常规钻地武器的主炸药

美国早期的常规钻地武器普遍以Tritonal 作为主炸药，主要成分包括TNT（80 wt %）和Al粉（20 wt %），后来陆续开发了PBXN-109、PBXIH-135、PBXW-125、AFX-757 、PAX-3、PAX-28等型号炸药，分别应用于各种类型的钻地武器。

1.1 PBXN-109

PBXN-109 是美国海军实验室开发的一种塑料粘结炸药，MIL-E-82886（OS）军用标准对其配方和测试进行了明确规定。PBXN-109 的主要成分包括RDX、Al 粉和HTPB 基粘结剂，其密度为1.656 ± 0.005 g.cm-3，爆速在（7500～7700）m/s 之间，具有较好的力学性能、热性能、相容性和爆炸性能，能够通过除殉爆试验以外的钝感弹药测试项目。目前，PBXN-109 主要应用于GBU-24 和GBU-28 的钻地战斗部，包括BLU-109、BLU-113 和BLU-116等。

1.2 AFX-757

AFX-757 是美国空军研究实验室开发的一种塑料粘结炸药，MIL-DTL-32103 军用标准对其配方和测试进行了明确规定。AFX-757 的主要成分包括RDX、Al 粉、高氯酸铵和粘结剂，密度为 1.84g/cm3，爆速为6080m/s，不仅具有优于Tritonal 的爆炸能量和感度性质，使其满足钻地武器的性能要求和钝感弹药要求，而且具有较低的生产成本和后勤成本，因而得到空军的推广应用。

表1 PBXN-109 的组成

Table 1 Composition of PBXN-109

成分等级含量（wt %）

RDX（Class 1）Type II ≥ 57

RDX（Class 5）Type II ≤ 7

Al 粉X-81 20

端羟基聚丁二烯（HTPB）R-45HT 7.346

异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）0.9465

己二酸二辛酯7.346

Dantocol DHE 0.26

抗氧化剂Lowinox 2246 0.10

三苯基铋0.02

表2 AFX-757 的组成

Table 2 Composition of AFX-757

成分含量/wt%

RDX 25

Al 粉33

高氯酸铵（AP）30

端羟基聚丁二烯（HTPB） 4.4

己二酸二辛脂 6.65

添加剂0.91

AFX-757 通过了钝感弹药测试项目以及危害等级评估，其特性主要表现在两个方面：

a. 由于铝粉和高氯酸铵具有合适的比率，因而有利于铝粉在爆炸反应区完全燃烧；

b. 配方具有降低的爆炸速度和增强的反应温度，因而保证了化学能释放的有效利用。

此外，AFX-757 的原材料成本低廉，工艺性能良好，因而能够显著降低生产成本、提高生产效率。

目前，AFX-757 主要应用于联合远程空对地导弹（JASSM）AGM-158A 和AGM-158B、联合垂直攻击弹药（JDAM）GBU-31 和GBU-32、战术导弹系统钻地弹TACMS-P，以及小直径炸弹GBU-39等。

1.3 PBXIH-135 / PBXIH-135EB

PBXIH-135 是美国海军钝感弹药高能炸药项目的研究成果，属于浇注成型热压炸药，MIL-DTL-32091 军用标准对其配方和测试进行了明确的规定。PBXIH-135 的主要成分包括HMX、Al 粉和HTPB 基粘结剂，具有良好的爆炸性能、耐受性能和低易损性，全面通过了钝感弹药测试项目。

PBXIH-135 的关键技术涉及铝粉的处理方法，使其能够在爆炸反应区发生快速、高效的燃烧反应。为了提高PBXIH-135 的能量输出，HTPB 基粘结剂可以用PCP-TMETN 含能粘结剂代替，形成改进炸药

配方PBXIH-135EB，其密度为（1.70～1.95）g/cm3，爆炸的压力和脉冲具有显著提高。

目前，PBXIH-135 / PBXIH-135EB 主要应用于BLU-118 钻地战斗部。

1.4 PAX-3

PAX-3 是美国陆军研制的一种增强爆炸型炸药，组成包括HMX（64%）、Al 粉（20%）、乙酸丁酸纤维素（6.5%）和BDNPA/F（9.5%），密度为1.862g/cm3，爆速为（7600～8070）m/s，具有增强的爆炸和燃烧效果，尤其适用于封闭和狭窄空间的目标，例如大楼、掩体、洞穴、车厢和船舱等，因而主要应用于打击掩体、洞穴的侵彻武器，如火箭弹。此外，PAX-3 具有良好的耐受性能和低易损性，通过了除慢速烤燃试验以外的钝感弹药测试项目。

PAX-3 属于压装成型炸药，其造型粉以传统的水浆工艺制备，主要工序包括：⑴水浆溶液的制备；

⑵聚合物和增塑剂的溶解；⑶炸药和铝粉的包覆；⑷溶液的回收。该生产工艺存在两个显著缺点：其一，铝粉非常容易被水氧化；其二，大型生产过程中存在若干安全隐患。为了解决这两个问题，研究人员正致力于寻找合适的“水的代替物”。

1.5 PAX-28

PAX-28 是美国陆军研制的一种高爆炸药，组成包括RDX、DNAN、Al 粉和高氯酸铵等，具有良好的金属驱动能力和爆炸作用效果，其工艺类似于传统的熔铸炸药，因而可以应用现有的熔铸设备。

PAX-28 具有良好的钝感弹药性能，全面通过了钝感弹药测试项目，主要应用打击城市掩体、地下目标的侵彻武器，如迫击炮弹。

表3 爆炸当量系数

Table 3 Blast equivalence factors

炸药爆炸当量系数（等重量合成B炸药）

Tritonal 1.09

PBXN-109 1.19

AFX-757 1.39

PAX-28 1.62

1.6 SFAE

SFAE 是美国海军研制的一种固态燃料空气炸药（Solid Fuel-Air Explosive），爆炸能量输出相当于PBXN-109 的两倍以上，其主要成分选自下列材料：

a. 高能炸药，例如CL-20、RDX 和HMX。

b. 反应性金属，例如Al-Mg、Al-Mg-H、B-Mg、Al-B 和Ti-B等。

c. 氧化剂，例如高氯酸氨（AP）、硝酸铵（AN）、二硝酰胺（ADN）和硝酸钡等。

d. 包覆剂，聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物，例如Viton、端羟基叠氮缩水甘油醚（GAP）、硝化纤维等；丙烯酸酯聚合物，例如Zeon。