炮弹新型战斗部技术发展概况

【摘要】发展或采用新型战斗部技术是提高炮弹威力、或使炮弹满足新型战场需求行之有效的途径之一,本文侧重从原理角度介绍了目前国内外的新型战斗部和战斗部技术。

【关键词】炮弹新型战斗部新型战斗部技术

1、前言

火炮,号称“战争之神”。在真实战争中,火炮的压制、杀伤威力是处在和平环境中的我们极其难以想象的。火炮弹药的设计者总在千方百计提高火炮的杀伤威力,而发展或采用新型战斗部技术就是提高炮弹威力、或使炮弹满足新型战场需求的行之有效的途径之一。下面选择一些典型战斗部或战斗部技术,侧重于从原理角度予以摘要介绍。

2、引信遥感装定与多束型预制破片战斗部技术

采用这种技术的弹药有瑞士35高AHEAD防空弹药。该弹药通过安装在炮口处的两个测速线圈逐发测定每发弹的实际初速,由此根据雷达系统测定的目标信息和火控计算机快速算出的弹丸与目标的遭遇时间,通过炮口处的装定线圈,在弹丸离开炮口瞬间,通过电子遥感方式对弹底电子时间引信的作用时间进行装定,这就是所谓的引信遥感装定技术。由此可以保证一个点射的25发射弹几乎在接近目标的同一铅垂面内同时起爆。

该弹内所装炸药不多,只能炸开弹体而不能给破片加速。它的考虑是,弹丸本身的存速很大,弹内破片以此速度再加上目标速度,可以保证破片只要命中目标就可以构成毁伤,而不需要再给破片加速。这样,弹丸少装炸药可以多装破片,提高破片密度,从而提高破片命中目标的机会。该弹弹丸内装152块钨合金块,弹丸爆炸后形成多束预制破片向前运动,这就是所谓的多束型预制破片战斗部技术。与前面的引信遥感装定技术相结合,一个点射的25发弹产生的3800个钨块,在直径8m的铅垂面内形成一个密集的空中“火力网”。据报道,可击毁包括导弹在内的几乎所有空中目标。

3、破片聚焦式战斗部

传统的杀伤弹,装药多为圆柱状,其破片飞散角一般在100º以上,破片散布范围大、密度小,从而降低了对目标、尤其是空中目标的毁伤概率。所谓的破片聚焦式战斗部,则是将装药外表面母线优化设计成一个或两个内凹的双曲线等形状,将预制破片(如:钢珠等)置于装药表面,再选择适当的起爆方式(如:两端同时起爆),使破片集中作用某一个或两个面上,形成“聚焦”作用。

4、离散/连续杆战斗部技术

将大量的质量为10～30g,首尾互不相连(首尾相焊接的,则称为连续杆)的杆件紧密安放在装药外表面,杆条与装药轴线倾斜一个角度。装药爆炸后,杆条向外飞散、旋转、翻滚,逐步展开一个不连续的金属杀伤环,切割飞机的易损舱段、甚至引爆导弹战斗部。离散杆战斗部的关键技术是如何选择杆条的材料、质量、长细比和截面形状。如果能准确判明目标位置,采用定角起爆方式,可获得很高的毁伤概率。

5、破片定向飞散技术

普通杀伤战斗部一般是轴对称结构,轴对称起爆,破片飞散也关于弹轴对称。而目标(尤其是空中目标)一般不会关于弹轴对称分布,因而使大量破片浪费。为此,在一些尾翼稳定的防空导弹战斗部上,采用所谓的破片定向飞散技术,即在装药周围,偏心设置适当数量的起爆器,一般靠导引头保证将战斗部引向目标,引信按战斗部有效作用方向的个数设置相应的探测窗口,当窗口对准目标时起爆,使破片集中作用目标,从而提高破片利用率和毁伤概率。

6、子母弹技术

所谓子母弹技术,就是在母弹内装上若干子弹。当母弹飞抵目标上方一定高度时开舱,抛出子弹,对目标实施攻顶打击(子弹数量的增大可以保证有较高的命中机会);同时,子弹爆炸也有一定的杀伤作用。

按照子弹的作用方式,目前子母弹有三种:普通子母弹、目敏子母弹、子弹制导子母弹。

6.1 普通子母弹

当母弹飞抵目标上方高处,母弹引信作用,点燃抛撒装置中的火药,产生气体压力,通过子弹壁和中心管后推弹底,切断其螺纹实现开舱、抛出子弹。子弹下落过程中在飘带的作用下,弹口朝下落向目标,发火后形成金属射流和破片,可以打击坦克顶甲,也可杀伤人员等目标。如若目标反力不足以使引信发火,则经一定时间后引信自炸,引爆子弹以免“污染”战场。普通子母弹的难点是要求子弹引信有极高的发火率。否则,在大量射击的情况下,会严重“污染”战场,特别是影响平时实弹训练。

6.2 目敏子母弹

所谓目敏子母弹,即通常所称的目敏弹或末敏弹,就是母弹自由飞行至目标上方适当高度,开舱抛出子弹;子弹靠传感器搜索目标,并在距目标最佳的位置起爆,保证对目标有较高的命中和毁伤能力,目敏子母弹的子弹又称传感器引爆子弹,一般采用自锻破片战斗部,探测距离为150～200m。目前,有代表性的目敏子母弹有美国的“萨达姆”(即“敏感/搜索与摧毁装甲弹药”的英文字母缩写)末敏弹,该弹早在七十年代初就已经提出设想,但受传感器等技术的困扰,直到1995财政年度批准小批量试生产。它可以配用在155mm、203mm火炮上,也可以配用在227mm的火箭炮上,炮弹内装2枚子弹,火箭弹内装6枚子弹。与瑞典等国研制成功的“博纳斯”末敏弹相似,其子弹由吊伞、红外传感器、毫米波传感器、信号外理器和自锻破片战斗部等组成。所谓自锻破片战斗部实际上就是大锥角的破甲战斗部,但是,它爆炸后不会产生金属射流,而是产生一枚类似于枪弹弹丸的自锻破片,自锻破片速度很高,高达2000m/s以上,质量也有几十克,可以击穿一百毫米以上厚度的钢甲。

这种弹药的作用过程如下:

(1)火炮或火箭炮向目标区域发射母弹,母弹自由飞行到目标区域上空;

(2)母弹的时间引信作用,母弹开舱,抛出子弹;

(3)子弹的吊伞张开,减小子弹旋速和下降速度。同时弹上的计时器和毫米波传感器开始工作。当计时器计时到预定时间时,子弹的红外传感器从子弹的一侧弹出;

(4)当毫米波传感器测出子弹距地面的高度达到某一预定值时,启动红外传感器开始工作。此时,子弹轴线与铅垂线约为30º夹角;其后,由于随母弹带来的转动惯性和重力作用,子弹轴线与铅垂线的夹角在子弹下降的过程中在逐渐减小。因此,在子弹下降的过程中,它的两传感器同时对目标区域进行“螺旋”扫描、搜索目标;

(5)当传感器截获到目标信息后,子弹上的信号处理器工作以判断目标的特性(是树、还是车辆、坦克等),选定目标后确定最佳起爆时机并打开子弹的保险装置;

(6)当子弹到达最佳起爆位置时,子弹爆炸形成自锻破片精确命中目标、有效击穿坦克顶甲。

6.3 子弹制导子母弹

美国为其现役多管火箭炮、陆军战术导弹系统和“三军通用远程攻击导弹”(TSSAM)研制的三种子母弹采用的BAT智能反装甲子弹(分别装3枚、13枚和22枚)就是制导子弹。BAT制导子弹于1984年开始研制。该子弹采用普通弹丸的气动外形,弹体中部有4个直角形折迭翼作控制舵片,尾部有4个卷曲叶片的稳定尾翼,战斗部为串联破甲战斗部,破甲深度可达600mm。子弹采用超声和红外传感器复合寻的(探测距离800～1000m)、气动舵片修正弹道,脱离母弹后滑翔飞行一段距离以保证有较大的搜索区域;发现目标即可引导子弹准确命中目标。

7、云爆弹

所谓云爆弹,就是在战斗部内装环氧乙烷等碳氢化合物或其它云爆剂,云爆剂抛撒后与空气充分混合,与空气中的氧构成非均相不均匀混合物。无论抛撒后再起爆还是在抛撒过程中起爆,在云爆剂完全起爆瞬间,其体积和尺寸都较起爆开始前大得多(但平均密度要下降),因而虽然爆轰压力减少,但爆轰产物作用区增大,空气冲击波压力随距离的衰减速度减少、作用半径增大,最终会产生比普通榴弹强大得多的破坏作用。加之在此作用区内,氧气消耗殆尽,温度上升至800℃,故对建筑物、人员和装备具有很大的毁伤和燃烧作用。

8、随进战斗部技术

为有效对付隐体内的目标和带有防护层的目标(如机场跑道),希望弹药能靠第一级战斗部在摧毁或穿过隐体或防护层后,将第二级战斗部推送到隐体内或防护层以下一定深度,然后靠第二级战斗部作用毁伤目标,从而大大提高毁伤效果,这就是所谓的随进战斗部,一般采用两级串联战斗部的形式。例如破甲随进、杀伤后效战斗部,其第一级战斗部为破甲战斗部,爆炸后形成的金属射流将目标防护层击穿,形成一个直径适当的破甲孔,便于第二级战斗部侵彻、进入目标内部;同时,第一级战斗部爆炸产生的推力赋予第二级战斗部一定的速度,并使其引信解除保险。由于金属射流的速度远大于第二级战斗部的运动速度,故破甲孔形成在前,第二级战斗部随进在后。第二级战斗部为中空的环形杀伤战斗部,经一定延迟、进入目标一定深度处爆炸,其后效作用要远大于单纯的破甲弹。

9新型特种弹

9.1 红外线隐身照明弹

红外线隐身照明弹的原理是利用特殊的照明剂燃烧时,发出不易为肉眼观察到的红外线辐射照射目标,从而提高红外夜视器材的观察距离,又不会自我暴露。据美军资料报道,使用第二代夜视目镜时,发射M257型70mm火箭红外照明弹,识别距离提高4倍;发射LUU—2B/B型航空红外照明弹,识别距离提高7倍。

9.2 多波段发烟弹

普通黄磷弹只能对可见光和近红外光具有遮蔽作用,而所谓的多波段发烟弹则是利用特殊的发烟剂,形成可对中、远红外(波长3-5μm、8-14μm)及毫米波段工作的光电器材和制导武器具有遮蔽、干扰作用的烟幕。

9.3 红外诱饵弹

其原理是利用弹内红外发烟剂作用后形成辐射波长大于或等于发射平台(被保护目标)红外特征的红外烟云,造成红外制导武器误判,偏离被保护目标而误作用。

9.4 箔条干扰弹

箔条干扰弹的原理是利用弹丸内的干扰丝撒布在空中,形成可对电磁波进行反射的无源干扰云,干扰对方雷达和其它无线电制导武器的正常工作,掩护飞机等目标的突击、转移等。由于撒布过程中弹丸处于运动状态,加上干扰丝本身的飘散,可在预定的空域形成纵向500m、横向1000m的无源电磁干扰云,并可持续15min以上,等效雷达反射面积达1000m2(约相当于40架一般非隐形飞机的反射面积),可以有效干扰敌方雷达的正常工作,引起敌无线电制导设备和无线电探测装置误判、产生误动作等。

9.5 电视侦察弹

美国七十年代末研制成功XM845型155mm电视侦察弹(又称炮射电视目标定位系统),该弹以M485A2型155照明弹为基础,将其照明炬换成带有电池和发射机的微型摄像系统,而吊伞抛射系统等基本不变。电视侦察弹的技术关键是研制小体积、抗高过载、在螺旋下降中可稳定工作(摄取并发射出清晰、稳定的图象)的摄像系统,以及小体积、大容量、适宜长期储存的电池。

9.6炮兵战场监视弹

美国八十年代初研制成功XM694E1型155mm远距离战场监视弹(又称战场遥控监测传感器系统),其内装有一台DT-50型振动音响传感器系统,可将目标区探测到的音响信号通过高频发射机发回指挥所的接收机,接收机信号经计算机分析、处理后可得到这些信号所代表的目标性质、数量,从而使指挥所及时获取目标区的准确信息。

9.7 通讯干扰弹

这种弹主要通过弹丸发射一定频率的强无线电波,对敌方相应频率的通信设备构成有源干扰。一般采用子母弹结构,每个子弹就是一台一次性使用的干扰机。当对敌方通讯枢钮或预计敌人将要通过的地区发射多发这种干扰弹后,母弹在预定区域抛出子弹,子弹侵入地面一定深度,但天线在地面上展开,这样,子弹就难以发现、也难以排除。每个子弹的工作频率不一样,而且可以连续工作一天、甚至好几天,可以对敌方多种可能频率的无线电通信形成干扰,且难以排除。美国七十年代末研制成功的XM867型155mm通讯干扰弹内装6个发射频率为3-1000MHz的干扰机(子弹)。

9.8电磁脉冲弹

又称高能微波弹,正在研制之中。其原理是靠发射频率在IGHz、强度达1000J的微波,侵入电子线路后足以干扰、打乱甚至烧毁电子器件(如:熔断集成电路中的开关元件或接点),从而使对方的无线电设备和制导武器失效。

9.9碳纤维弹

美军在科索沃战争中使用了碳纤维弹以破坏南联盟的供电设施。这种弹药多用于航弹、导弹和远程火箭弹等大口径弹药战斗部,内装大量碳纤维丝,用于攻击、破坏电网。碳纤维丝可以用玻璃纤维丝为基质,通过化学或电镀在其表面镀覆碳和铜、镍等金属物质,既保证导电,又能够在高温(高压电短路所致)下抗氧化(燃烧)、工作一定时间。碳纤维丝平时卷曲成团,当战斗部到达发电厂、配电站、输电网上空时,战斗部内的低速炸药或火药作用,抛出碳纤维丝团,团中极细薄、极轻的碳纤维丝缓慢飘落,在高压相线之间形成导电空间,可能引起高压线的空气击穿放电,进而引起高压相线之间或任意高压相线与大地之间的短路。短路时间大于电网短路跳闸时间阈值即造成电网断电,由此产生的电火花(电弧)有可能导致火灾。由于大量射击产生的碳纤维丝飘落时间相当长、难以清理,会使断电的电网修复难度加大。碳纤维弹的关键技术是碳纤维丝的选择与制造、战斗部的开舱和碳纤维丝团的抛撒展开技术。

10、“软杀伤”弹(失能弹)

所谓“软杀伤”是指不直接毁目标,而只使目标(人员、装备)暂时失去其预定能力。

10.1 微波致伤弹

人员受到弹丸产生的微波辐射时,会产生神经错乱、行为失控、心肺功能衰竭、视力受损,从而失去战斗力。

10.2 吸氧弹

大量密集射击吸氧弹,会使目标附近的氧气大量消耗,造成人员窒息、发动机熄火等。

10.3 “泡沫”弹

弹丸内装胶粘剂,爆炸后,胶粘剂呈雾状散布在坦克等装备的观察窗上,切断瞄准仪器的光路,使坦克等失去行进、瞄准的能力。

10.4 高能阻燃弹

弹丸内装纤维之类的高能阻燃剂,在目标周围爆炸后,可进入覆盖发动机使其熄火。

10.5 “曙光”手榴弹(闪光弹)

俄罗斯反恐怖部队装备的一种既不燃烧也不产生碎片的手榴弹。向恐怖分子投掷后,能发生震耳欲聋的爆炸声,响声达170dB并发出极强的闪光,使其暂时失明10min之后才可恢复且产生极大的慌乱。

10.6 生化子弹

菲律宾有关部门从当地一种野生植物的果实中提炼出的原料研制而成的一种防暴弹。歹徒被命中后虽不会死亡,但全身发痒难忍而失去抵抗能力。菲律宾警察将使用这种弹药维护社会治安。

10.7 噪声炸弹

爆炸时产生类似地震发出的极低频率的声波,能伤害人的组织和内部器官,使人极度恶心、腹泻、内耳剧烈震动,从而破坏人体的平衡。美国1995年已处于该弹的研制后期。

10.8 逻辑炸弹

接近敌人计算机系统时使用,能发射一种带计算机病毒的无线电波使敌方计算机系统失灵,从而扰乱其指挥控制系统。

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