第二章 影响线型聚能装药侵彻能力的因素 爆炸切割是利用聚能原理来切割坚硬物质的爆炸新技术。由于切割都是沿着一个面切割出一条窄缝来，因此，多采用平面对称型药型罩。线型聚能装药是一种长条形带有空腔的装药，在空腔中嵌有金属药型罩。药型罩的形状可以是圆弧形或各种不同顶角的楔形，药型罩的材料可以是铜、钢、铝、铅等。利用这种装药可制成各种爆炸切割器，图为线型聚能装药的基本构形。

图 线型聚能装药的基本构形 The basic figuration of linear shaped charge

药型罩 炸药

对称面

x y z 线型聚能装药作用的基本原理 当炸药起爆后，爆轰波一方面沿着炸药的长度方向传播，另一方面沿着药型罩运动，聚能作用使爆炸能量向药型罩会聚，爆轰产物以高达几十万大气压的压力作用于药型罩，并将其压垮，而后向对称轴闭合运动，并在对称平面内发生高速碰撞，药型罩内壁附近的金属在对称平面上挤出一块向着装药底部以高速运动的片状射流，通常称之为“聚能刀”。它一般是呈融熔状态（热塑状态）的高速金属射流，其头部速度大约3000～5000m/s，集中了很高的能量。金属射流在飞行中不断拉长，当它与金属靶板发生相互作用时，迫使靶板表面压力突然达到几百万大气压。在高压作用下，靶板表面金属被排开，向侧表面堆积，而飞溅和汽化的不多。随着射流和靶板的连续作用，金属射流不断损失能量并依附在金属断裂面上。爆炸切割器正是依靠这种片状的“聚能刀”，实现对金属的切割作用。图为线型聚能装药射流形成和拉伸断裂的示意图，图中所采用的起爆方式为典型的端部点起爆方式。可以看出，药型罩的压垮由一端向另一端逐步发展，射流在运动过程中拉伸，当达到射流材料的最大屈服强度时，射流发生断裂。 线型聚能射流的主要参数 线型聚能射流参数是研究射流切割的主要因素，对于端部起爆的线型聚能装药而言，可以采用滑移爆轰理论来研究射流的主要参数。

图 LSC药型罩压垮和射流形成特性 Liner collapse and jet formation

杵体 主射流

外壳

断裂射流

(a)起爆初

(b)射流形(c)射流断设线型聚能装药引爆后，经一定距离爆轰波趋于定常，波面为平面，坐标Oxyz随爆轰波阵面一直运动，Oyz为切割器的横截面，Oxy为对称面，为金属药型罩

的顶半角。见图。 由图可以看出，药型罩平面的单位法向量为， kjncossin1 （）

直线OA在Oyz平面上，其方程为，

0cossin0zyx

（）

因此，可得压垮平面OAC的方程式， 0cossinzyx （） 则平面OAC的单位法向量为， kjincossin

1

1

22 （）

设药型罩的折转角为（如图），则有， cos11221nn

 （）

y y z s x A B O α α 爆轰方向 药型罩 炸药 β x z B C

D

O ζ v

图 聚能线型切割器示意图 A 即得， tg

（）

设压垮平面OAC与对称平面OCD构成的夹角为，此即为碰撞棱OC的V形角之半， cossincos2nk

 （）

按照经典射流理论，射流质量由下式给出， cos121LjMM

（）

式中ML为药型罩质量，将（）式代入（），可得射流质量为， cossin121LjMM （） 在高压作用下，药型罩材料可近似为理想不可压缩流体。药型罩OB在其垂直法平面（即Oxs平面）内的运动可按飞板飞行曲线的一般理论来求解。在图中，s=f(x)为飞行曲线，

xfdxdstg （）

式中为飞板弯折角。碰撞来流速度在Oxyz坐标系中可表示为， kvjvivvdddfcossinsinsincos （）

由于切割器以Oxy面为对称面，两边的药型罩在在飞行中将在Oxy面上发生碰撞，在Oxy平面上的碰撞点连线（在二维碰撞时为驻点连线，以下称为碰撞棱）

图 飞板飞行曲线及弯折角θ图 Flight curve and bending angle

s=f(x

爆轰方向 θ s vd x 爆轰产物 炸药 y x y′

x′ -β i





i j j ′

δ v′f δ

j

x′ v′s

y′

δs z

v′j

图 坐标关系与二维碰撞图 Coordinate relation and 2D 的方程式为， sin

xfy （）

其中为药型罩与对称面之间的夹角，碰撞棱与x轴的夹角为， 

sinsintgxfdx

dytg （）

如果建立一个新坐标系Ox'y'z'，其中x'，y' 轴是x，y轴绕z轴转过角而求得的（如图）。







kkjijjiicossinsincos

（）

取该坐标系相对Oxyz坐标以u的速度沿x' 轴的正方向运动，其中u为， ivudsinsinsincoscos （）

将式（）代入式（）中并减去u，可以获得在新坐标系中的碰撞前来流速度为， kvjvvddfcossincossinsinsincos （） 因此，这个三维碰撞在Ox'y'z坐标系中就变为来流为fv的二维轴对称碰撞，且有解（如图），













jvvjvvvjvfsffffjjs,12





（）

式中－药型罩厚度，s－碰撞后药型罩的出流厚度，j－再入射流厚度，jv－Ox'y'z坐标系中的射流速度，sv－Ox'y'z坐标系中的出流速度。

将式（）代入式（），求得，













coscos12

coscos12

cossjdftgctgvv （） 将速度还原到Oxyz坐标系中，可以得到， 





coscos1sinsincoscos1coscos

djydjx

vv

vv

（）

即有， jvivvddj



coscos1sinsincoscos1coscos

（）

上式jv表示的是在坐标系Oxyz中所观察到的射流速度，因而射流的绝对速度为， jvivvddjAcoscos1sinsin1coscos1

coscos （）

射流方向与形状见图，从式（）和式（）可以求得，









sinsincos1cos1coscossinsin

tgtg

（）

其中为射流刀与x轴夹角，为射流绝对速度与对称轴y的夹角。显然∠＝∠2

，即射流绝对速度（jAv）是的角∠

EOG

平分线。

影响侵彻深度的主要因素

侵彻深度是线型聚能装药爆炸切割作用的最终体现，线型聚能装药所采用的炸药、药型罩、装药对称性、隔板、炸高以及装药壳体和靶板材料，都对其侵彻深度有影响，靶板材料不同对侵彻深度的效果也不相同。由于本文主要针对线型聚能装药的结构参数进行研究，下面仅就影响线型聚能装药侵彻深度的几种主要因素进行讨论。 炸药性能

图 等药厚时射流流动参数图 Parameter plot of jet flow in

O A G C φ η η γ β 杵体 聚能刀 碰撞棱 v

vjA

vd

x y E