一种巡飞弹用准矩形截面聚能战斗部

本发明属于弹药，具体涉及一种巡飞弹用准矩形截面聚能战斗部。

背景技术：

1、利用炸药装药一端的空穴提高局部破坏作用的效应称为聚能效应。聚能战斗部就是利用聚能效应对车辆、舰船和地下硬目标等典型结构造成有效毁伤。聚能战斗部主要由金属药型罩、壳体、炸药装药和引信组成，战斗部被引信引爆后，在高温、高压爆轰产物作用下，形成具有强侵彻能力、高能量密度的金属射流，可以破坏装甲、混凝土及内部纵深方向的装备、结构等。在常规武器系统设计中，聚能战斗部作为一种产生高能量密度的毁伤技术，广泛应用于低速反装甲和攻坚弹药。

2、为了适应各种加农炮(包括坦克炮、反坦克炮、航炮、车载炮等)、无后坐炮、反坦克火箭和导弹的需求，加上多年来破甲弹本身在结构上的发展，破甲弹的结构已发展到多种多样，其差别主要反映在发射特点、弹形和稳定方式上。从稳定方式来看，目前所装备的破甲弹有旋转稳定式和尾翼稳定式两种，典型的破甲弹类型包括气缸式尾翼破甲弹(苏联1939年式85mm加农炮气缸式尾翼破甲弹)、长鼻式破甲弹(瑞典84mm无后坐炮破甲弹、德国dm12式120mm坦克炮破甲弹和我国100mm坦克炮用破甲弹)、具有抗旋结构的旋转稳定破甲弹(美国xm409e5式152mm坦克炮破甲弹和法国105mm坦克炮破甲弹)和火箭增程破甲弹(我国69式40mm火箭筒火箭增程破甲弹)。从发射器截面结构限制、飞行稳定性要求等角度考虑，传统的破甲弹聚能战斗部截面形状均为圆形。

3、巡飞弹是一种利用飞机、直升机、舰船、地面车辆和单兵发射器等多种平台投放，能在目标区上空巡逻飞行，可承担监视、侦察、战斗毁伤评估、空中无线中继及攻击目标等单一或多项任务的弹药(或子弹药)。现有攻击型巡飞弹舱段截面形状分为圆形和非圆形两类。其中舱段截面形状呈圆形的攻击型巡飞弹有美国“弹簧刀”600巡飞弹、以色列“英雄”系列巡飞弹以及我国s570巡飞弹和cm-502v巡飞弹等；其中舱段截面形状呈准矩形的攻击型巡飞弹有美国“弹簧刀”300巡飞弹、美国lam(巡航攻击导弹)巡飞弹、英国“火影”巡飞弹、斯洛伐克“捕食者”ax1巡飞弹以及我国蓝鹭-30巡飞弹、cm-501x巡飞弹和ws-43巡飞弹等。包括上述型号在内的攻击型巡飞弹大多依靠侧翼和尾翼实现飞行稳定和控制。庞艳珂在《攻击型巡飞弹技术现状及发展趋势》(《兵工学报》，2010年12月，第31卷增刊2，第149-152页)中披露，美国洛克希德·马丁公司最初研制的“巡航攻击导弹”巡飞弹舱段截面为圆形，而为了能够装填更多的燃料，具有更大的侧翼及尾翼，并且便于部件装配，在2005年底将巡飞弹舱段截面由圆形改进为矩形，但未见涉及战斗部截面形状。纪秀玲等在《非圆截面巡飞弹气动特性实验研究》(《南京理工大学学报(自然科学版)》，2010年2月，第34卷第1期，第71-74页)中披露，导弹弹形采用非圆截面结构布局具有隐身性能好、升阻比高、便于贮存等优点，目前可见到的导弹非圆截面弹身形状有椭圆形、方形、矩形、三角形、梯形、锥形甚至菱形等，因此与导弹结构、原理相似的巡飞弹弹形也宜采用非圆截面结构布局。由此可见，准矩形舱段截面巡飞弹相对圆形舱段截面巡飞弹具有优势，不仅隐身性能好、巡飞时间长(携带燃料多，且弹翼展弦比大从而减小了巡飞弹的升阻比)，而且结构简约，便于部件装配。

4、现有巡飞弹配用的聚能战斗部部分仍直接借鉴(甚至借用)传统圆形截面聚能战斗部结构，例如美国“弹簧刀”600巡飞弹配用的聚能战斗部是直接借用“标枪”反坦克导弹所配用的反坦克战斗部，聚能战斗部截面形状为圆形；斯洛伐克“捕食者”ax1巡飞弹配用的聚能战斗部则是直接借用rpg-7型火箭筒所配用的pg-7vm曳光破甲战斗部，聚能战斗部截面形状也为圆形。而其他新设计而非借鉴的巡飞弹聚能战斗部截面形状也都为圆形，例如以色列“英雄”-400ec巡飞弹配有10kg的多用途串联破甲战斗部，我国高德红外s570巡飞弹配有穿深不低于60mm的破甲战斗部，虽然暂无信息披露两者的战斗部截面形状，但两者舱段截面均为圆形，整体弹形呈规则的回转体，类似于传统的反坦克导弹及其战斗部，因此可以推断其战斗部截面形状应为圆形。王钰婷等在《椭圆形截面聚能装药射流成型及侵彻特性》(《含能材料》，2021年，第29卷第2期，第96-106页)中也披露，目前非圆截面空中武器平台仍然采用传统旋转对称结构战斗部，使弹身空间利用率低，战斗部毁伤威力受到限制，且增加了空间布局难度。

5、针对上述巡飞弹等非圆截面空中武器平台对非圆截面聚能战斗部的需求，弹药技术领域内学者开展了一系列研究。李砚东等在《非轴对称装药对杆式射流初速影响的数值仿真》(《系统仿真学报》，2012年,第24卷第10期，第2076-2078+2082页)中披露，起爆半径非轴对称度影响下杆式射流初速的变化规律：随着起爆半径非轴对称度的增加，杆式射流的初速开始增加较快，后来增加变慢。wangyt(王钰婷)等在《study on jet formation andpenetration ofsquare cross-section shaped charge》(第31届国际弹道学研讨会，2019年，第2215-2224页)中披露，采用ansys/ls-dyna有限元软件研究旋转成型药型罩加装正方形截面聚能装药的射流成型及侵彻特性，发现形成的射流具有较高的侵彻能力。王钰婷等在《椭圆形截面聚能装药射流成型及侵彻特性》(《含能材料》，2021年，第29卷第2期，第96-106页)中披露，在椭圆形截面聚能装药的药型罩微元在向轴线压垮时，压垮运动受从装药表面传入的稀疏波影响的药型罩微元，其最终压垮速度将存在沿药型罩切线方向的速度分量，使得该部分药型罩微元碰撞形成的射流具有横向速度。而椭圆形截面聚能装药侵彻靶板时，横向速度较大的非凝聚射流不能到达初始侵彻通道底部增加侵彻深度，而是形成偏移侵彻通道，使得射流的侵彻能力大大降低，且椭圆形截面聚能装药的截面长短轴之比越大，相同位置射流的横向速度越大，射流的侵彻能力越低。王钰婷等得到的结论是椭圆形截面聚能装药侵彻能力会大幅降低，而未能给出可行的非圆形截面聚能装药方案。李鑫等在《等腰梯形截面形状对聚能射流成型的影响研究》(《弹箭与制导学报》，2022年，第42卷第2期，第22-27页)中披露，等腰梯形截面聚能装药爆轰波的传播以及药型罩压垮具有非轴对称性，成型射流具有一定的横向偏移现象，横向偏移射流由分散的流体组成并具有横向速度。李鑫等得到的研究结果表明，等腰梯形截面聚能装药侵彻能力同样会大幅降低，也未能给出可行的非圆形截面聚能装药方案。

6、从上述非圆截面聚能战斗部的相关研究可以看出，非圆截面聚能战斗部中仅有正方形截面聚能战斗部形成的射流具有较高的侵彻能力，椭圆形截面和等腰梯形截面聚能装药形成的射流均由于横向偏移的问题而导致侵彻能力大幅下降。对于准矩形舱段截面的攻击型巡飞弹，虽然正方形截面聚能战斗部相比传统圆形截面聚能战斗部提高了弹身空间利用率和战斗部毁伤威力，但仍有发展成准矩形截面聚能战斗部，进一步提高弹身空间利用率和战斗部毁伤威力的改进空间。而为了论证巡飞弹用准矩形截面聚能战斗部的可行性，需要对准矩形截面聚能战斗部的爆破、杀伤和破甲能力开展研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种巡飞弹用准矩形截面聚能战斗部，以充分利用巡飞弹舱段空间，增大聚能战斗部装药量，从而提高其爆破威力、杀伤威力和破甲能力。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种巡飞弹用准矩形截面聚能战斗部，包括药型罩和主装药，其中药型罩为经典结构，呈薄壁锥形、回转体；主装药整体呈柱状，其一端中心凸起一个圆台作为爆轰输入端，另一端中心在药型罩的约束下形成聚能凹窝并在此被药型罩覆盖；药型罩开口朝向输出端并与主装药共同压制，药形罩锥角为50°～100°，材料为紫铜、铜合金或低碳钢，壁厚为0.5～3mm；所述主装药柱体截面外轮廓形状与巡飞弹舱段截面形状匹配(即相同或相近)，呈准矩形，即将横截面为矩形的正四棱柱上的四个直角形棱角倒为圆角后的形状。

3、进一步地，所述准矩形截面的长短边之比为1.1～1.3。

4、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

5、本发明通过充分利用巡飞弹舱段空间，增大了聚能战斗部装药量，有效提高了巡飞弹用聚能战斗部的爆破威力、杀伤威力和破甲能力。例如前文所述主装药短边32mm、总高77mm的准矩形截面装药聚能战斗部设计例，其相对于边长为32mm的正方形截面聚能战斗部爆破威力提高约11％～22％、杀伤威力提高约4％～7％、破甲威力提高约3％～6％，相对于直径为32mm的传统圆形截面聚能战斗部爆破威力提高约45％～59％、杀伤威力提高约6％～9％、破甲威力提高约8％～11％。