预制切割体聚能装药结构

本发明属于工程爆破、特种爆破领域，尤其涉及一种预制切割体聚能装药结构。

背景技术：

线型聚能装药是将面对称的装药掏出一定形状的空腔并在装药空腔壁上设置相应形状的金属药型罩，利用装药的聚能效应产生的面对称金属聚能射流来对目标进行快速切割，由于其具有切割效率高、作业快、安全性强等优点，聚能切割技术在军事和民用中应用广泛，如岩土爆破、弹体拆解、水下切割等领域。该类型线性切割器的聚能装药部分一般采用截面为楔形、双曲线形、半椭圆形、截底椭圆形、半圆形、圆缺形等样式的金属药型罩，在形成金属射流刀时伴随产生较大杵体，切割器的能量和材料利用率不高。

聚能切割器已经在各类工程中得到广泛的应用，研究者更多地是采用一系列的手段和方法不断增加侵彻体的长度、提高成型侵彻体的速度，获得高切割能力的聚能切割器。然而在增加侵彻体长度的同时必然会过度拉伸有限质量的药型罩、在提高成型切割体速度的同时必然引起切割体头尾速度差变大，这些都极易造成稳定成型侵彻体断裂甚至断裂成几部分，影响切割器的切割能力。除此之外，通过目前手段获得的切割器更加关注切割器的切割能力即解决某一类工程实际问题能力而极少顾及切割器的切割质量，由于无法精准控制切割器成型聚能侵彻体的厚度而造成切割断口粗糙、连续性较差等固有缺点。

技术实现要素：

针对现有技术中对于切割断口的质量要求相对较低且切割器切割能力有限，尚无技术可实现对切割器成型聚能侵彻体厚度的精准控制因而易造成切割断口粗糙、连续性较差等固有缺点且药型罩成型切割体过程中易过度拉伸断裂影响切割器切割能力的问题，本发明提供一种预制切割体聚能装药结构，该结构制作简单、实用性强。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种预制切割体装药结构，包括壳体、导爆索、装药、药型罩、预制切割体，壳体为半封闭的矩形体结构，上部为封闭形式，底部向下开放，药型罩装配在壳体内侧壁，向下与壳体的开放部分形成空穴，预制切割体设置在药型罩顶部的中间位置，与药型罩采用整体加工成型或者固定连接方式紧密贴合，呈片状并朝向空穴处。

进一步地，预制切割体的形状包括内凹型、直线型、外凸型。

进一步地，预制切割体朝向空穴一侧根部宽度为0.8-1.5倍药型罩厚度，长度为0.8-1倍药型罩高度且不超过空穴高度。

进一步地，预制切割体和药型罩的制作材料相同，采用车削或铸造的方式整体成型。

进一步地，预制切割体和药型罩的制作材料不同，预制切割体材料为密度较大、侵彻能力强的金属，药型罩材料为具有良好延展性的金属。

进一步地，壳体内壁两侧靠近底部位置设置横向的直线凹槽，用于与药型罩相配合，壳体厚度是装药宽度的0.01倍，壳体的材料为铝合金或者不锈钢。

进一步地，药型罩基本构型为楔形、圆弧形、椭圆弧形、双曲线形；药型罩锥角取值范围为α＝60°-100°，壁厚取值范围为δ＝0.06-0.10倍装药宽度。

进一步地，药型罩两侧边缘通过壳体的直线凹槽与壳体装配，向上围成的封闭空间内形成装药，药型罩设置时的凸起部分朝上。

进一步地，导爆索位于装药顶部中心位置，沿装药横向位置布设。

本发明的预制切割体聚能装药结构优势在于：该结构与传统聚能切割器技术相比，充分利用了聚能装药空穴处的空间，在此位置处预制形状可控的切割体，在增加切割器切割能力的同时，可以通过设计预制切割体形状并结合线起爆的方式实现对目标的精细切割，显著提高了切割器的切割质量，并避免了成型侵彻体的长度或者速度过大则侵彻体自身容易因过度拉伸而产生断裂影响切割能力的问题。

附图说明

图1为预制切割体聚能装药整体结构示意图；

图2为预制切割体示意图；

图3为预制切割体横截面形状示意图，(1a)为内凹型、(1b)为直线型、(1c)为外凸型；

图4为传统聚能装药结构切割时成型的聚能切割体示意图；

图5为预制切割体聚能装药结构切割时成型的聚能切割体示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施方式涉及的预制切割体聚能装药结构，包括壳体5、导爆装置4、装药3、药型罩2、预制切割体1。

如图1所示，壳体5为半封闭的长矩形体结构，矩形体结构上部横截面呈正梯形，壳体5上部为封闭形式，底部为向下开放的形式，壳体5内壁两侧靠近底部位置设置横向的直线凹槽，用于与药型罩2相配合。壳体5的材料可以为铝合金或者不锈钢，采用机械加工或者铸造方式加工，壳体5厚度是装药3宽度的0.01倍。

药型罩2基本构型呈长片状，横截面可以是楔形、圆弧形、椭圆弧形、双曲线形、矩形等多种形式，设置时的片状的药型罩“弓”起部分朝上，药型罩2两侧边缘设置有凸块可以与壳体5的直线凹槽相配合，药型罩2“弓”起部分与壳体5向上围成的封闭空间形成装药3，向下与壳体5的开放部分形成空穴。

药型罩2的基本参数及取值范围如下：

(1)药型罩2的材料选取原则为密度大、塑性好、高温下不易汽化的药型罩材料，主要包括cu，fe，w，ta等，或者合金材料，如钨铜合金、钨铁镍合金等；

(2)线型聚能装药，一般采用楔形罩，对于楔形罩，存在小楔角和大楔角的情况，本发明中药型罩2锥角取值范围为建议值α＝60°-100°；

(3)药型罩2最佳壁厚随药型罩材料、锥角、直径以及有无外壳而变化。总的来说，药型罩2最佳壁厚随罩材料比重的减小而增加，随罩锥角的增大而增加，随罩口径的增加而增加，随外壳的加厚而增加。本发明中药型罩2壁厚取值范围为建议值δ＝0.06-0.10倍装药宽度；

(4)药型罩2采用机械制造或者铸造方式加工。

如图1～3所示，预制切割体1设置在药型罩2的顶部中间位置，呈片状，横向长度与药型罩2的长度相同，药型罩2可以与预制切割体1采用车削或铸造的方式整体成型。也可以分开制作，以固定连接形式进行装配。

采用固定连接形式时，药型罩2底部中间位置预留横截面为“倒三角”型的缺口，用以与预制切割体1装配。预制切割体1片状边缘一侧与药型罩2垂直相接，相接处横截面呈“正三角”型，嵌入到药型罩2的缺口处；另一侧边缘朝向壳体5的空穴处。无论是整体成型的加工方式还是固定连接形式，预制切割体1朝向空穴处的一侧横截面的形状包括三种，具体为：内凹型、直线型、外凸型。

内凹型预制切割体头部尖锐，切割体与目标初始作用时接触面积小，切割能力强。配合选用高密度材料将进一步提高预制切割体切割能力，适合针对高强、高硬类目标产生较小爆破缺口类型的切割；外凸型预制切割体头部钝粗，适宜针对目标产生较大爆破缺口类型的切割作业；直线型预制切割体加工制作工艺简单，能够有效完成针对多数普通目标的快速、高质量切割。

预制切割体1朝向空穴一侧的根部宽度为0.8-1.5倍药型罩2壁厚，该宽度值与切割器成型聚能侵彻体头部宽度匹配；预制切割体1朝向空穴处一处的高度为0.8-1倍药型罩2的“弓”形高度，且高度不超过壳体5的空穴高度以免影响聚能装药结构的高度。

预制切割体1和药型罩2可以选取同种材料采用机械制造或者铸造方式加工，也可以采用不同的材料进行机械装配。当两者为不同材料时，预制切割体1的材料为密度较大、侵彻能力强的金属，如金属钽；而药型罩2的材料为紫铜、工业纯铁等具有良好延展性的金属。

装药3顶部内壁中间预留导爆索4的安装位置，导爆索呈线状，两端设置在装药顶部横向两侧中心位置，沿装药横向位置布设，导爆索长度略超过装药3长度，余留在装药3的两端部分，选择其中一端设置雷管，用以引爆导爆索。

装药3可以选择b炸药、tnt等高能炸药填充于装药内，炸药爆速需达7000-8500m/s，密度需达到1.7-1.9g/cm³。

一般聚能装药结构的切割能力对炸高极为敏感，炸高太大则切割器成型聚能侵彻体容易发生断裂，炸高太小则侵彻体未能完全成型，这两种情况均会显著影响切割器的切割能力。本发明专利设计的聚能装药结构炸高取值范围为建议值2cm-5cm。

本发明装药结构的作用过程如下:预制切割体聚能装药结构采用装药3端部导爆索4起爆的方式引爆主装药，可以视为线起爆的方式引爆主装药。

导爆索4引爆装药3后，沿药柱产生连续的稳定爆轰，该爆轰波传播至药型罩2时，药型罩2开始在爆轰波和爆轰产物的联合作用下发生翻转变形并向前运动，爆轰波首先作用于药型罩2的顶部并按照时间先后顺序依次作用到药型罩2的边缘位置，对应形成了聚能侵彻体的头部和尾部。聚能侵彻体成型过程中由于头部速度大、尾部速度小因而不断被拉伸形成类似“刀片”样式的聚能侵彻切割体，随着飞行距离的不断增大，这种速度差极易造成“刀片”样式聚能侵彻切割体发生断裂和破碎。

本发明中在药型罩前端预制切割体1，“刀片”样式聚能侵彻切割体在拉伸过程中受到前端预制切割体的限制而可以有效减小药型罩2成型“刀片”样式聚能侵彻切割体头尾的速度差，防止药型罩2被过度拉伸而出现断裂的不利因素。该装药结构最终形成连续整齐且头尾速度差较小的“刀片”样式的聚能侵彻切割体，该聚能切割体整体稳定性好、不易飞散、切割能力强、质量高。与传统单点起爆形成的线性侵彻体相比，采用导爆索起爆方式获得的聚能切割体在大炸高下也同样具有很强的毁伤能力，对目标爆破切口规则，均匀，切口齐整，长度和深度都显著提高。

考虑到用导爆索线起爆装药时，由于装药两端边界处受到稀疏波的影响，成型“刀片”样式的聚能侵彻切割体两端位置成型切割体的速度和长度相比于中间位置会略有降低，影响切割器的切割能力，因此该切割器具体使用时，可以根据切割目标的长度调整装药结构的长度，一般而言，装药结构的长度应该略长于切割对象的长度以此确保切割器能够以连续稳定的聚能侵彻体对目标实施切割，提高切割质量。此过程中前部预制切割体1主要起了两个作用：一是始终确保药型罩2成型侵彻体的完整性，二是增加了成型侵彻体的有效长度(此时侵彻体的有效长度包含了预制侵彻体长度和药型罩翻转成型侵彻体长度两部分)。经过炸药爆轰作用，切割器最终成型一个前部为预制切割体、后部为药型罩成型聚能侵彻体的大长度聚能切割体，在遇到目标时按照由预制切割体、聚能侵彻体头部、尾部的顺序依次作用于目标，避免了传统技术中药型罩过度的拉伸导致聚能侵彻体易破裂的问题，突破传统单层药型罩聚能切割器切割能力阈值极限，对目标产生的爆破切口更加平齐，显著提高了切割器的切割能力。预制切割体1的长度和厚薄均可设计，结合线起爆的方式可实现对目标的精细切割，显著提高了切割器的切割能力和质量。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。