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什么是聚能效应

归档日期:10-12       文本归类:化学弹      文章编辑:爱尚语录

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  聚能效应,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、速度和压强都和高的爆炸产物流,在一定的范围内使炸药爆炸释放出来的化学能集中起来。

  当装药凹槽内表面衬上一个药形罩时,装药爆轰后,凹槽附近炸药爆炸的能量就会传递给药形罩,使药形罩以很大的速度向轴线运动,此时,药型罩在高温高压的爆轰产物的作用下,形成金属杆,可以看作流体。其中,药型罩的内表面形成细长的金属射流,药型罩外表面形成杵体。药型罩压垮并产生射流的过程,射流吸收的爆炸能量不会象爆炸产物那样再散失掉。金属杆在轴向上存在速度梯度,从而,引起了金属射流在飞行过程中拉断现象。炸药性能和重量、装药结构、起爆方式、药型罩材料及其几何尺寸等对金属流的形成和侵彻具有显著影响。

  圆柱形药柱爆洪后,爆轰产物沿近似垂直原药柱表面的方向,向四周飞散,作用于钢板部分的仅仅是药柱端部的爆轰产物,作用的面积等于药柱端面积。带锥孔的圆柱形药柱则不同:锥孔部分的爆轰产物飞散时,先向轴线集中,汇聚成一股速度和压力都很高的气流,称为聚能气流。爆轰产物的能量集中在较小的面积上,在钢板上就打出了更深的孔,这就是锥形孔能够提高破坏作用的原因。

  1. 爆轰产物质点以一定速度沿近似垂直于锥面的方向向轴线汇聚,使能量集中;

  2. 爆轰产物的压力本来就很高,汇聚是在轴线处形成更高的压力区,高压迫使爆轰产物向周围低压区膨胀,使能量分散。

  由于上述两因素的综合作用,气流不能无限的集中,而在离药柱端面某一距离处达到最大的集中,以后则又迅速飞散开了。

  为了提高聚能效应,就应设法避免高压膨胀引起能量分散而不利于能量集中的因素,对于聚能作用,能量集中的程度可用单位体积能量,即能量密度来做比较。爆轰波的能量中,位能占3/4,动能占1/4。而聚能过程,动能是能够集中的,位能则不能集中,反而起分散作用,所以,聚能气流的能量集中程度不是很高的。如果设法把能量尽可能转换成动能的形式,就能大大提高能量的集中程度。

  在药柱锥孔表面加一个铜罩,爆轰产物在推动罩壁向轴线运动过程中,就能将能量传递给了铜罩。由于铜的可压缩性很小,因此内能增加很少,能量的加大部分表现为动能形式,这样就可避免高压膨胀引起的能量分散而使能量更为集中。此外,铜罩还有两个有利于穿孔的作用:

  1. 罩壁在轴线处汇聚碰撞时,发生能量重新分配。罩内表面铜层的速度比闭合时的速度高1至2倍,使能量密度进一步提高,形成金属射流;罩的其余部分则形成速度较低的杵。严格的讲,锥形罩壁在向轴线运动过程中,能量已经在逐渐地由外曾向内层转移。

  2. 金属射流各部分的速度是不同的,端部速度高,尾部速度低,因此射流再向前运动过程中将被拉长。但由于铜的优良的延性,射流可以比原长延伸好几倍而不断裂。当然,金属射流在延伸过程中不像聚能气流那样膨胀分散,仍保持着原来的能量密度。

  由此可知,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,所以对罩的材料的要求是:可压缩性小,再聚能过程中不气化,密度大,延性好;铜是目前应用最为普遍的材料,也有少量使用金属钽制作的药型罩。

  由上面的分析来看,聚能效应的主要特点使能量密度高和方向性强,但仅仅在锥孔方向上有很大的能量密度和破坏作用,其他方向则和普通装药的破坏作用是一样的;因此,聚能装药一般只适用于产生局部破坏作用的领域。

  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)。

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