复合式鱼雷战斗部威力试验研究_胡功笠
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Abstract: Structures and performances of compound torpedo warhead were analyzed and the simulation powder experiments were conducted. The feasibility of attack on giant and m edium 2sized submarines w ith the help of compound torpedo warhead is validated. The feasible measures are brought forward to give the reference to designing compound torpedo warhead. Key words: compound torpedo warhead; powder experiment; shaped charge; exp losively formed p rojectile
目前 ,美 、英 、法等国海军已研制出复合式鱼雷 战斗部 。例如美国的“M K250”鱼雷 ,法国的“海鳝 ” 及英国的“鳐鱼 ”鱼雷 ,都采用复合式鱼雷战斗部结 构 。这类鱼雷用 40 ～60 kg的聚能装药战斗部 ,利 用其产生的外形良好 、大质量 (5～12 kg) 、高速度自
锻弹丸可穿透具有水夹层的双层结构防护装甲舰壳 体 ,并可随进几十公斤装药量的第二级战斗部在潜 艇或航空母舰内部再爆炸 。具有这种结构的鱼雷战 斗部能有效攻击防爆和抗爆能力强的潜艇和航空母 舰等大中型舰只 。根据相关资料的试验表明 ,高速 运动的大质量自锻弹丸可在水中保持良好形 状 [ 1, 2, 4 ] ,自锻弹丸有效攻击距离达 15 m ～25 m。本 文提出了利用复合式鱼雷战斗部攻击抗爆能力强的 大 、中型潜艇的可行性 ,并获得相关试验数据 。
种结构不仅可以克服聚能装药爆炸产生的后冲量阻 滞随进战斗部速度 ,而且可利用其爆轰产物产生的 向前冲量 ,将随进式战斗部冲压进入壳体内部 。需 要指出 ,这 2 种结构形式装药之间必须设置隔爆 机构 。
2 威力设计及试验结果
试验的目的是解决对防护装甲的破孔打洞能 力 ,以便为随进装药提供随进通道 。 2. 1 自锻弹丸穿透多层钢板
试验表明 ,利用复合式鱼雷战斗部攻击大型潜 艇和航空母舰的方案是可行的 。今后应加强这方面 的试验研究 ,进一步指导复合式鱼雷战斗部的结构 设计 ,提高其攻击能力 。
提高复合式鱼雷战斗部破坏威力的核心技术是 自锻弹丸成型技术 ,希望获得气动外形良好 ,长径比 适中和密实结构的高速自锻弹丸 。决定自锻弹丸性 能的关键因素有 :炸药性能 ,罩几何形状 ,罩材料的 密度 、强度 、延长率等性能 ,装药工艺和起爆方式 。 提高复合式鱼雷战斗部的威力主要有以下措施 :
150 ×140 穿透 、撕裂
90 ×50 穿透 、撕裂
100 ×95 穿透 、撕裂
90 ×70 115 ×110
90 ×50 穿透 、撕裂
4号
入口
出口
170 ×110 170 ×120
205 ×110 250 ×140
240 ×260 250 ×265
80 ×60
穿透
90 ×50
穿透
3 结论与建议
从试验数据可以看出 ,穿透 5层 30～40 mm 的厚 装甲钢板的破孔孔洞口径在 90～250 mm 范围内 ,而 且 ,前 2层孔洞口径在 150～250 mm范围内 [ 2] 。可见 , 利用设计良好的聚能装药产生的自锻弹丸 ,攻击大型 潜艇和航空母舰的复合式鱼雷是可行的 。
表 2 自锻弹丸侵切结果
图 1为表 1中序号 5的大锥角自锻弹丸穿透 2 层厚钢靶照片 ,靶材为 45号钢 ,厚 70 mm , 2钢板相 距 2 米 , 装 药 量 为 315 kg。第 一 层 入 口 孔 径 为 180 mm ,出口孔径为 140 mm , 第二层入口孔径为 120 mm ,出口孔径为 90 mm。
图 1 连续穿透 2层钢板的试验照片
的装甲钢板 ,其抗爆能力坚固 ,试验尝试用自锻弹丸 来击穿它 。试验装置见图 2,前部水箱内有 2 m 厚
8
南 京 理 工 大 学 学 报
第 29卷第 1期
水夹层 ,水箱前部设有 40 mm 厚的 45号钢板 ,后部 设有四层厚钢板 ,每层间隔 2 m ,试验数据 [ 2 ]见表 2。 试验结果表明 ,设计良好自锻弹丸的聚能装药不仅 可以穿透靶板 ,而且可以形成大口径孔洞 。
tom. com。
总第 140期
胡功笠 刘荣忠 李 斌 齐爱东 复合式鱼雷战斗部威力试验研究
7
是 :利用聚能装药爆炸形成高速自锻弹丸技术 。首 先 ,设计第一级聚能装药爆炸产生的自锻弹丸 ,在舰 船或潜艇防护壳体上形成一个导引孔洞 ;然后 ,将第 二级随进装药 (几十公斤至上百公斤 )冲过导引孔 洞进入潜艇或航空母舰内部再爆炸 。由此可见 ,这 种串联破爆式鱼雷战斗部是摧毁水下核潜艇和水面 航空母舰等大型舰只的较为有效的战斗部 。
表 1 多层钢板穿孔试验数据
序号 药型罩类型
材料
装药质量 / g 靶层数 靶厚 /mm 总靶厚 /mm 最大穿孔直径 /mm 最小穿孔直径 /mm
1
球缺
紫铜
560. 0
5
4
20
50
45
2
球缺
紫铜
562. 0
5
4
20
50
40
3
大锥角
紫铜
592. 2
9
4
36
60
60
180 (入口 )
95 (入口 )
4
大锥角
1 复合式鱼雷战斗部结构及性能
复合式鱼雷战斗部 ,实际上就是破甲 ———随进 爆破两级串联式战斗部 。它破坏硬目标的基本原理
收稿日期 : 2003 - 07 - 11 3 作者简介 :胡功笠 (1956 - ) ,男 ,安徽芜湖人 ,教授 ,博士生 ,主要研究方向 :目标毁伤技术与终点效应 , E2mail: hgl0516@
复合式鱼雷的装药有 2种结构形式 :一种是将 聚能装药置于前部 ,随进式装药置于后部 ,美国的 “M K250”、法国的“海鳝 ”、英国的“鳐鱼 ”均属于这 种结构 ,但这种结构聚能装药爆炸产生的后冲量将 对随进装药产生阻碍作用 ,因此 ,在两级装药之间必 须预留一定空腔 ,或者在两级装药之间设有分离机 构 ,以便减少前级装药爆炸产生的后冲量 ;另一种是 结构是我国的廉振国教授 [ 3, 6 ]提出的装药结构 ,将 聚能装药置于后部 ,随进装药置于前部 ,只需在随进 装药的中心体预留自锻弹丸成形及穿过的空腔 ,这
Power Exper imen ts on Compound Torpedo Warhead A ssem bly
HU Gong2li1 , L IU Rong2zhong1 , L I B in2 , Q I A i2dong1
(1. School of M echanical Engineering, NUST, Nanjing 210094, China; 2. A irforce M ilitary Rep resentative Office in M udanjiang, M udanjiang 15700, China)
一般大型鱼雷的弹体直径为 533 mm ,长为 7 m 左右 ;小型鱼雷的直径为 324 mm ,长 5 m 左右 。如 果第一级聚能装药采用 40 ～60 kg的聚能装药 ,预 计可以穿透 70 mm 厚的装甲 4 ～5 层 ,穿透 40 mm 厚的装甲钢板 7～8层 ,在防护壳体上可以形成 300 ～400 mm 的大型孔洞 [ 2 ] 。所以美国海军十分重视 这种破爆串联式鱼雷战斗部的研究与开发 。据报 道 ,法国的“海鳝 ”鱼雷的聚能装药为 45 kg,其前部 有一个直径为 300 mm 大锥角药型罩 ,可穿透厚度 为药罩直径 4倍的钢靶 。在模拟攻击 2 m 厚水压舱 的双层壳体潜艇试验中 ,该战斗部形成的自锻弹丸 在 50°着角条件下 ,先穿透 20 mm 厚的外壳 ,穿过 2 m厚水介质后 ,还穿透了 40 mm 厚的抗压合金钢壳 体 ,并 且 还 能 继 续 穿 透 300 mm 厚 的 装 甲 防 护 壳体 [ 1 ] 。
(4)进行复合式鱼雷战斗部结构优化设计 。上 述物理参数是相互制约的 ,要突破重大技术难点必 须进行数值模拟计算 ,优化设计出最佳自锻弹丸形 状 、速度和动能 。进行缩比模拟试验 ,使得设计中选 用的药型罩材料 、结构 、尺寸及起爆方式相互匹配 , 优选出弹形好 、速度高 、阻力小的设计方案 。
(1. 南京理工大学 机械工程学院 ,江苏 南京 210094; 2. 空军驻牡丹江地区军事代表室 ,黑龙江 牡丹江 157000)
摘 要 :该文分析了复合式鱼雷战斗部的结构和性能 ,结合模拟威力试验 ,验证了利用复合式鱼雷战 斗部攻击抗爆能力强的大 、中型潜艇的可行性 ,并提出了增强威力的具体措施 ,为进一步指导复合式 鱼雷战斗部设计提供参考 。 关键词 :复合式鱼雷战斗部 ;威力试验 ;聚能装药 ;自锻弹丸 中图分类号 : TJ 630. 6 文献标识码 : A 文章编号 : 100529830 (2005) 01 - 0006 - 03
试验中采用了 2种药型罩 :大锥角药型罩和球 缺药型罩 ,材料分别选用 20号钢和紫铜 。药型罩的 壁厚要控制产生的自锻弹丸的速度 ,使其达到 2 300 ～2 500 m / s,且使自锻弹丸成形而不碎裂 。在装药 时使药型罩与装药轴线偏差不大于 0105 mm ,装药 直径为 120 mm ,装药质量比为 HMX / TNT = 75 /25、 RDX / TNT = 65 /35或用 G1105 炸药 ,最大装药量为 315 kg。试验结果详见表 1。
图 2 试验装置示意图
靶层序号
1 2 3 4 5
靶材
45钢 45钢 45钢 45钢 45钢
靶厚 /mm
40 30 30 30 40
1号 入口 215 ×120 150 ×70 110 ×80
出口 穿透 穿透 穿透
自锻弹丸穿甲孔径 /mm
2号
3号
入口
出口
入口
出口
215 ×120
穿透
215 ×120 150 ×120
(1)精选药型罩材料 。目前主要用 10号钢 、20 号钢和紫铜为药型罩材料 ,若选择密度高 、延展性好
弹丸 ,然后用试验校核 ,予以改进 。 (3)选择适当的炸药和起爆工艺 。提高装药质
量 ,选择爆速 、爆压 、爆热高的炸药 ,对重要战斗部可 采用真空热压装装药工艺 ,并用面起爆 、曲面起爆技 术来控制爆轰波波形 ,形成气动外形好 、形状稳定的 自锻弹丸 ,并且能够提高自锻弹丸速度 。采用面起 爆技术可使形成的自锻弹丸初速度高达 5 200 ～ 5 400 m / s,美国洛斯 ·阿拉莫斯试验室已把自锻弹 丸速度提高到 6 000 m / s[ 2, 5 ] 。
第 29卷 第 1期 2005年 2月
南京理工大学学报 Journa l of Nan jing Un iversity of Sc ience and Technology
Vol. 29 No. 1 Feb. 2005
复合式鱼雷战斗部威力试验研究
胡功笠 13 ,刘荣忠 1 ,李 斌 2 ,齐爱东 1
鱼雷是攻击水面舰艇和水下潜艇的重要水中兵 器 ,一直为世界各国海军所重视 。由于潜艇 ,特别是 核潜艇技术发展很快 ,美 、英 、法 、俄等国的核潜艇 、 航空母舰等的舰体都选用特殊合金钢作为防护装 甲 ,并采用双壳体结构 ,在两层壳体间还充满水 ,因 此其抗爆及防爆能力极强 。一般鱼雷装药量在 40 ～400 kg之间 ,爆炸后在水中产生的冲击波 、气泡脉 动及水流等破坏作用 ,已不能有效地毁伤双层壳体 结构的核潜艇和航空母舰的壳体 。
20 号钢
3 481. 0
2
70
140
110 (出口 )
90 (出口 )
180 (入口 )
120 (入口 )
5
大锥角
20 号钢
3 522. 0
2
70
140
140 (出口 )
90 (出口 )
6
球缺
20 号钢
2 837. 0
9
6
Biblioteka Baidu
54
210
75
7
球缺
20 号钢
3 521. 0
9
6
54
150
75
2. 2 自锻弹丸穿透双层防护壳体及多层装甲钢板 具有水夹层的核潜艇以及航空母舰的双层防护
目前 ,美 、英 、法等国海军已研制出复合式鱼雷 战斗部 。例如美国的“M K250”鱼雷 ,法国的“海鳝 ” 及英国的“鳐鱼 ”鱼雷 ,都采用复合式鱼雷战斗部结 构 。这类鱼雷用 40 ～60 kg的聚能装药战斗部 ,利 用其产生的外形良好 、大质量 (5～12 kg) 、高速度自
锻弹丸可穿透具有水夹层的双层结构防护装甲舰壳 体 ,并可随进几十公斤装药量的第二级战斗部在潜 艇或航空母舰内部再爆炸 。具有这种结构的鱼雷战 斗部能有效攻击防爆和抗爆能力强的潜艇和航空母 舰等大中型舰只 。根据相关资料的试验表明 ,高速 运动的大质量自锻弹丸可在水中保持良好形 状 [ 1, 2, 4 ] ,自锻弹丸有效攻击距离达 15 m ～25 m。本 文提出了利用复合式鱼雷战斗部攻击抗爆能力强的 大 、中型潜艇的可行性 ,并获得相关试验数据 。
种结构不仅可以克服聚能装药爆炸产生的后冲量阻 滞随进战斗部速度 ,而且可利用其爆轰产物产生的 向前冲量 ,将随进式战斗部冲压进入壳体内部 。需 要指出 ,这 2 种结构形式装药之间必须设置隔爆 机构 。
2 威力设计及试验结果
试验的目的是解决对防护装甲的破孔打洞能 力 ,以便为随进装药提供随进通道 。 2. 1 自锻弹丸穿透多层钢板
试验表明 ,利用复合式鱼雷战斗部攻击大型潜 艇和航空母舰的方案是可行的 。今后应加强这方面 的试验研究 ,进一步指导复合式鱼雷战斗部的结构 设计 ,提高其攻击能力 。
提高复合式鱼雷战斗部破坏威力的核心技术是 自锻弹丸成型技术 ,希望获得气动外形良好 ,长径比 适中和密实结构的高速自锻弹丸 。决定自锻弹丸性 能的关键因素有 :炸药性能 ,罩几何形状 ,罩材料的 密度 、强度 、延长率等性能 ,装药工艺和起爆方式 。 提高复合式鱼雷战斗部的威力主要有以下措施 :
150 ×140 穿透 、撕裂
90 ×50 穿透 、撕裂
100 ×95 穿透 、撕裂
90 ×70 115 ×110
90 ×50 穿透 、撕裂
4号
入口
出口
170 ×110 170 ×120
205 ×110 250 ×140
240 ×260 250 ×265
80 ×60
穿透
90 ×50
穿透
3 结论与建议
从试验数据可以看出 ,穿透 5层 30～40 mm 的厚 装甲钢板的破孔孔洞口径在 90～250 mm 范围内 ,而 且 ,前 2层孔洞口径在 150～250 mm范围内 [ 2] 。可见 , 利用设计良好的聚能装药产生的自锻弹丸 ,攻击大型 潜艇和航空母舰的复合式鱼雷是可行的 。
表 2 自锻弹丸侵切结果
图 1为表 1中序号 5的大锥角自锻弹丸穿透 2 层厚钢靶照片 ,靶材为 45号钢 ,厚 70 mm , 2钢板相 距 2 米 , 装 药 量 为 315 kg。第 一 层 入 口 孔 径 为 180 mm ,出口孔径为 140 mm , 第二层入口孔径为 120 mm ,出口孔径为 90 mm。
图 1 连续穿透 2层钢板的试验照片
的装甲钢板 ,其抗爆能力坚固 ,试验尝试用自锻弹丸 来击穿它 。试验装置见图 2,前部水箱内有 2 m 厚
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第 29卷第 1期
水夹层 ,水箱前部设有 40 mm 厚的 45号钢板 ,后部 设有四层厚钢板 ,每层间隔 2 m ,试验数据 [ 2 ]见表 2。 试验结果表明 ,设计良好自锻弹丸的聚能装药不仅 可以穿透靶板 ,而且可以形成大口径孔洞 。
tom. com。
总第 140期
胡功笠 刘荣忠 李 斌 齐爱东 复合式鱼雷战斗部威力试验研究
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是 :利用聚能装药爆炸形成高速自锻弹丸技术 。首 先 ,设计第一级聚能装药爆炸产生的自锻弹丸 ,在舰 船或潜艇防护壳体上形成一个导引孔洞 ;然后 ,将第 二级随进装药 (几十公斤至上百公斤 )冲过导引孔 洞进入潜艇或航空母舰内部再爆炸 。由此可见 ,这 种串联破爆式鱼雷战斗部是摧毁水下核潜艇和水面 航空母舰等大型舰只的较为有效的战斗部 。
表 1 多层钢板穿孔试验数据
序号 药型罩类型
材料
装药质量 / g 靶层数 靶厚 /mm 总靶厚 /mm 最大穿孔直径 /mm 最小穿孔直径 /mm
1
球缺
紫铜
560. 0
5
4
20
50
45
2
球缺
紫铜
562. 0
5
4
20
50
40
3
大锥角
紫铜
592. 2
9
4
36
60
60
180 (入口 )
95 (入口 )
4
大锥角
1 复合式鱼雷战斗部结构及性能
复合式鱼雷战斗部 ,实际上就是破甲 ———随进 爆破两级串联式战斗部 。它破坏硬目标的基本原理
收稿日期 : 2003 - 07 - 11 3 作者简介 :胡功笠 (1956 - ) ,男 ,安徽芜湖人 ,教授 ,博士生 ,主要研究方向 :目标毁伤技术与终点效应 , E2mail: hgl0516@
复合式鱼雷的装药有 2种结构形式 :一种是将 聚能装药置于前部 ,随进式装药置于后部 ,美国的 “M K250”、法国的“海鳝 ”、英国的“鳐鱼 ”均属于这 种结构 ,但这种结构聚能装药爆炸产生的后冲量将 对随进装药产生阻碍作用 ,因此 ,在两级装药之间必 须预留一定空腔 ,或者在两级装药之间设有分离机 构 ,以便减少前级装药爆炸产生的后冲量 ;另一种是 结构是我国的廉振国教授 [ 3, 6 ]提出的装药结构 ,将 聚能装药置于后部 ,随进装药置于前部 ,只需在随进 装药的中心体预留自锻弹丸成形及穿过的空腔 ,这
Power Exper imen ts on Compound Torpedo Warhead A ssem bly
HU Gong2li1 , L IU Rong2zhong1 , L I B in2 , Q I A i2dong1
(1. School of M echanical Engineering, NUST, Nanjing 210094, China; 2. A irforce M ilitary Rep resentative Office in M udanjiang, M udanjiang 15700, China)
一般大型鱼雷的弹体直径为 533 mm ,长为 7 m 左右 ;小型鱼雷的直径为 324 mm ,长 5 m 左右 。如 果第一级聚能装药采用 40 ～60 kg的聚能装药 ,预 计可以穿透 70 mm 厚的装甲 4 ～5 层 ,穿透 40 mm 厚的装甲钢板 7～8层 ,在防护壳体上可以形成 300 ～400 mm 的大型孔洞 [ 2 ] 。所以美国海军十分重视 这种破爆串联式鱼雷战斗部的研究与开发 。据报 道 ,法国的“海鳝 ”鱼雷的聚能装药为 45 kg,其前部 有一个直径为 300 mm 大锥角药型罩 ,可穿透厚度 为药罩直径 4倍的钢靶 。在模拟攻击 2 m 厚水压舱 的双层壳体潜艇试验中 ,该战斗部形成的自锻弹丸 在 50°着角条件下 ,先穿透 20 mm 厚的外壳 ,穿过 2 m厚水介质后 ,还穿透了 40 mm 厚的抗压合金钢壳 体 ,并 且 还 能 继 续 穿 透 300 mm 厚 的 装 甲 防 护 壳体 [ 1 ] 。
(4)进行复合式鱼雷战斗部结构优化设计 。上 述物理参数是相互制约的 ,要突破重大技术难点必 须进行数值模拟计算 ,优化设计出最佳自锻弹丸形 状 、速度和动能 。进行缩比模拟试验 ,使得设计中选 用的药型罩材料 、结构 、尺寸及起爆方式相互匹配 , 优选出弹形好 、速度高 、阻力小的设计方案 。
(1. 南京理工大学 机械工程学院 ,江苏 南京 210094; 2. 空军驻牡丹江地区军事代表室 ,黑龙江 牡丹江 157000)
摘 要 :该文分析了复合式鱼雷战斗部的结构和性能 ,结合模拟威力试验 ,验证了利用复合式鱼雷战 斗部攻击抗爆能力强的大 、中型潜艇的可行性 ,并提出了增强威力的具体措施 ,为进一步指导复合式 鱼雷战斗部设计提供参考 。 关键词 :复合式鱼雷战斗部 ;威力试验 ;聚能装药 ;自锻弹丸 中图分类号 : TJ 630. 6 文献标识码 : A 文章编号 : 100529830 (2005) 01 - 0006 - 03
试验中采用了 2种药型罩 :大锥角药型罩和球 缺药型罩 ,材料分别选用 20号钢和紫铜 。药型罩的 壁厚要控制产生的自锻弹丸的速度 ,使其达到 2 300 ～2 500 m / s,且使自锻弹丸成形而不碎裂 。在装药 时使药型罩与装药轴线偏差不大于 0105 mm ,装药 直径为 120 mm ,装药质量比为 HMX / TNT = 75 /25、 RDX / TNT = 65 /35或用 G1105 炸药 ,最大装药量为 315 kg。试验结果详见表 1。
图 2 试验装置示意图
靶层序号
1 2 3 4 5
靶材
45钢 45钢 45钢 45钢 45钢
靶厚 /mm
40 30 30 30 40
1号 入口 215 ×120 150 ×70 110 ×80
出口 穿透 穿透 穿透
自锻弹丸穿甲孔径 /mm
2号
3号
入口
出口
入口
出口
215 ×120
穿透
215 ×120 150 ×120
(1)精选药型罩材料 。目前主要用 10号钢 、20 号钢和紫铜为药型罩材料 ,若选择密度高 、延展性好
弹丸 ,然后用试验校核 ,予以改进 。 (3)选择适当的炸药和起爆工艺 。提高装药质
量 ,选择爆速 、爆压 、爆热高的炸药 ,对重要战斗部可 采用真空热压装装药工艺 ,并用面起爆 、曲面起爆技 术来控制爆轰波波形 ,形成气动外形好 、形状稳定的 自锻弹丸 ,并且能够提高自锻弹丸速度 。采用面起 爆技术可使形成的自锻弹丸初速度高达 5 200 ～ 5 400 m / s,美国洛斯 ·阿拉莫斯试验室已把自锻弹 丸速度提高到 6 000 m / s[ 2, 5 ] 。
第 29卷 第 1期 2005年 2月
南京理工大学学报 Journa l of Nan jing Un iversity of Sc ience and Technology
Vol. 29 No. 1 Feb. 2005
复合式鱼雷战斗部威力试验研究
胡功笠 13 ,刘荣忠 1 ,李 斌 2 ,齐爱东 1
鱼雷是攻击水面舰艇和水下潜艇的重要水中兵 器 ,一直为世界各国海军所重视 。由于潜艇 ,特别是 核潜艇技术发展很快 ,美 、英 、法 、俄等国的核潜艇 、 航空母舰等的舰体都选用特殊合金钢作为防护装 甲 ,并采用双壳体结构 ,在两层壳体间还充满水 ,因 此其抗爆及防爆能力极强 。一般鱼雷装药量在 40 ～400 kg之间 ,爆炸后在水中产生的冲击波 、气泡脉 动及水流等破坏作用 ,已不能有效地毁伤双层壳体 结构的核潜艇和航空母舰的壳体 。
20 号钢
3 481. 0
2
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110 (出口 )
90 (出口 )
180 (入口 )
120 (入口 )
5
大锥角
20 号钢
3 522. 0
2
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2. 2 自锻弹丸穿透双层防护壳体及多层装甲钢板 具有水夹层的核潜艇以及航空母舰的双层防护