殷 瑱， 王雨時， 聞 泉， 張志彪, 閆 麗

(南京理工大學機械工程學院，江蘇 南京 210094)

不敏感彈藥及其引信技術發(fā)展綜述

殷 瑱， 王雨時， 聞 泉， 張志彪, 閆 麗

(南京理工大學機械工程學院，江蘇 南京 210094)

針對我國不敏感彈藥及其引信技術發(fā)展較為滯后的問題，介紹了近年來國外不敏感彈藥及其引信技術的發(fā)展狀況和國外對于不敏感彈藥的技術要求，論述了不敏感彈藥及其引信發(fā)展待解決的問題，分析了發(fā)展不敏感彈藥及其引信的技術途徑和技術原理。發(fā)展不敏感彈藥及其引信技術應從低易損性傳爆藥的研制、不敏感爆炸序列結構設計、不敏感火工品起爆與傳爆技術、泄壓緩解結構設計、耐高溫和減弱沖擊殼體材料的選擇、抗殉爆包裝設計以及增設自毀功能等角度研究滿足不敏感彈藥要求的引信，盡快實現(xiàn)彈藥系統(tǒng)特別是艦載、機載和車載彈藥系統(tǒng)的鈍感化。

不敏感彈藥；引信；低易損性火炸藥；鈍感彈藥；安全性

0 引言

隨著高新技術在武器系統(tǒng)中的大量應用，現(xiàn)代戰(zhàn)爭對于精確打擊和高效能作戰(zhàn)武器的需求愈加強烈。如今，飛機、艦艇和航空母艦等作戰(zhàn)平臺上大量裝備各種彈藥，這些彈藥在擁有強大殺傷力的同時也會因意外刺激如沖擊、撞擊和火災等而發(fā)生爆炸，造成人員傷亡和財產(chǎn)損失，從而直接削減己方戰(zhàn)斗力[1-3]。為了提高彈藥安全性，減輕彈藥在貯存、運輸、維護和戰(zhàn)備等方面的壓力，以美國為代表的西方國家于20世紀70年代開始發(fā)展不敏感彈藥技術。不敏感彈藥(Insensitive Munitions)也稱鈍感彈藥，是指在達到了所規(guī)定的性能、戰(zhàn)備和操作技術要求前提下，當遭遇意外刺激時，能將其意外起爆概率和對發(fā)射平臺、后勤系統(tǒng)與人員的附帶損傷降至最低的彈藥[4-5]。經(jīng)歷近半個世紀的發(fā)展，國外不敏感彈藥技術已取得重要進展，并在很多類型的彈藥中得以應用。為了評估彈藥安全性，已形成了較為完善的試驗方法和評估體系。北約彈藥安全性試驗方法和評估體系自1988年頒布至今已被15個國家批準認可。在美國不敏感彈藥規(guī)范已經(jīng)正式得到法律批準，成為發(fā)展不敏感彈藥的設計準則[6-7]。

炸藥裝藥是不敏感彈藥發(fā)展的核心，其易損性直接影響武器裝備及彈藥的安全性和生存能力。為了最大限度地降低炸藥裝藥的易損性，提高武器裝備的安全性，低易損性火炸藥就成了國外多年來在不敏感彈藥領域一直追求的目標和發(fā)展方向。經(jīng)過多年的探索和發(fā)展，目前國外已研制出了滿足不敏感彈藥裝藥要求的低易損性火炸藥，如PBX類炸藥，并已在多種型號的彈藥中得到應用[8-10]。低易損性火炸藥在安全性方面得到提高的同時，也給引信爆炸序列提出了新的要求，即要求引信爆炸序列不僅要有足夠的能量可靠起爆低易損性炸藥裝藥，還要求整個爆炸序列的鈍感程度與主裝藥相匹配，減小因意外刺激而發(fā)生爆炸的可能性。與國外相比，目前我國在不敏感彈藥及其引信技術方面研究進展較為緩慢，既沒有嚴格意義上的不敏感彈藥，也沒有建立統(tǒng)一的試驗方法和評價體系，制約了我國不敏感彈藥的發(fā)展。為提高我國武器系統(tǒng)的安全性和可靠性，本文介紹了近幾年國外不敏感彈藥及其引信技術的發(fā)展狀況，可為我國不敏感彈藥及其引信的發(fā)展提供參考。

1 不敏感彈藥的由來及意義

早期各國在彈藥技術研究和武器型號研制方面，過于關注彈藥的毀傷能力，而在一定程度上忽視了彈藥安全性，導致世界范圍內(nèi)發(fā)生多次慘痛的彈藥爆炸事故。

1967年，越南戰(zhàn)爭期間美國“福萊斯特號”航空母艦上一枚M43“阻尼”空地火箭彈意外點火發(fā)射，造成一枚裝填B炸藥的M117航空炸彈爆炸，繼而引發(fā)連鎖反應，最終導致134人死亡，162人受傷，21架飛機被毀，43架嚴重受損，損失達78.5億美元[11]。

1969年，美國第一艘核動力航空母艦“企業(yè)號”上的一架F-4戰(zhàn)斗機起飛時意外撞到M43“阻尼”空地火箭彈，使其發(fā)動機點火爆炸，引燃了泄漏的飛機燃料并導致連環(huán)爆炸，造成28人死亡，344人受傷，15架飛機被毀，17架受損[11]。

1973年，中東戰(zhàn)爭期間發(fā)生過坦克裝甲被炮彈擊穿造成坦克彈藥倉內(nèi)彈藥發(fā)生殉爆以致于車毀人亡的事件。1982年，英阿馬島戰(zhàn)爭中，英國“謝菲爾德號”導彈驅(qū)逐艦被阿根廷一枚“飛魚”導彈擊沉，就是其艦載彈藥發(fā)生殉爆引起的[12]。

1991年，海灣戰(zhàn)爭中美國軍隊在多哈營地的一輛彈藥補給車發(fā)動機起火引發(fā)鄰近的彈藥發(fā)生連環(huán)爆炸，造成3人死亡，56人受傷，84輛車被毀，77輛車受損[13]。

2001年，俄羅斯庫爾斯克號核潛艇內(nèi)因裝有梯恩梯/黑索今/鋁粉的魚雷在火災中因高溫爆炸，繼而導致剩余魚雷連環(huán)爆炸，最終使?jié)撏С翛]，潛艇上118名艇員全部遇難。2003年，伊拉克戰(zhàn)爭中由于彈藥殉爆而使坦克炮塔被掀飛的場面也是屢屢出現(xiàn)[6]。

一系列慘痛的經(jīng)驗教訓催生了人們對于彈藥安全性的重視，可以說不敏感彈藥的誕生既是順應時代發(fā)展的需要，也是歷史的必然。發(fā)展不敏感彈藥技術不僅可以大幅度提高彈藥安全性，減弱由于意外刺激而造成災難性后果，還能減低對彈藥存儲、運輸?shù)陌踩砸?，提高彈藥存儲密度、減小存放安全間距、縮短安全警戒距離，降低對公眾利益的威脅，極大緩解后勤保障壓力。雖然發(fā)展不敏感彈藥技術會在一定程度上增加研制和生產(chǎn)成本，但考慮到在全壽命周期內(nèi)幾乎不用維護而且性能可靠，從經(jīng)濟效益上來看仍存在著巨大的應用價值。

2 不敏感彈藥安全性設計要求

彈藥的安全性設計要求往往由其生命周期內(nèi)的風險可承受程度和彈藥安全技術發(fā)展水平確定。根據(jù)彈藥應用環(huán)境的不同，對其安全性要求也會有所區(qū)別，如對海軍主要強調(diào)艦載和機載武器的安全性以及載艦和載機平臺的生存能力，陸軍強調(diào)裝甲車輛的生存能力，而空軍則注重空軍基地的安全性。

經(jīng)過多年的發(fā)展，目前世界上形成了6種主要的彈藥安全性試驗評估體系，即北約不敏感彈藥評估試驗標準體系、美國MIL-STD-2105D非核彈藥危險性評估試驗標準體系、法國DGA/IPE 211893彈藥需求試驗標準體系、英國JSP520彈藥安全性試驗考核標準體系、德國BM-VG FüSIV3彈藥安全性試驗考核標準體系和意大利DG-AT安全性試驗考核標準體系。其中英國和德國借鑒并遵從北約不敏感彈藥評估和試驗標準，意大利結合了北約和法國的彈藥安全性試驗考核標準[14]。表1給出了目前北約各試驗標準體系各項危險/刺激項目試驗通過準則[15]。表1中Ⅰ～NR表示彈藥的反應等級，反應等級的詳細定義如表2所列。

表1 北約各國不敏感彈藥安全性試驗標準體系各項危險/刺激項目試驗通過準則[15]

注：表1中角標“1”表示全部都是極不敏感含能材料；角標“2”表示不產(chǎn)生推進反應；角標“3”表示僅在5 min后；角標“4”表示反應等級為Ⅰ級或更高。

表2 反應等級的詳細定義[5]

由表1可知，在STANAG 4439的總要求下，各國在標準執(zhí)行上基本無差異，僅意大利和法國將不敏感彈藥的評估準則又細分為三個星級，并且在后兩個星級中增加了重質(zhì)破片撞擊試驗要求。法國還增加了12 m自由跌落和電磁兼容性試驗。在進行安全性評估時，往往會根據(jù)生命周期內(nèi)彈藥狀態(tài)、使用環(huán)境和包裝配置等綜合分析彈藥反應的程度和可能性，因而試驗評估體系可以全面評估彈藥的安全性能。此外，北約彈藥安全信息分析中心(MSIAC)還給出了不敏感彈藥技術水平現(xiàn)狀，即不同類型的含能物質(zhì)對各種危險/刺激的響應[16]，如表3所列。

表3 不同類型的含能物質(zhì)對各種危險/刺激的響應[16]

注：“P”表示通過；“F”表示不必評估；“*”表示在母彈內(nèi)；“C”表示適用于包裝狀態(tài)。

3 不敏感彈藥技術原理與應用現(xiàn)狀

目前國外主要從含能材料、結構設計和包裝防護等方面開展不敏感彈藥技術研究。研究不敏感含能材料主要是從兩方面進行的：一是通過改進現(xiàn)有的含能材料，二是研發(fā)新的不敏感含能材料。自從20世紀90年代末歐洲SME公司提出可能存在低感度黑索今(RS-RDX)以來，在探索低感度黑索今含能材料方面多國做出了極大努力。目前已有四家制造商能夠供應低感度黑索今，其中法國SME公司生產(chǎn)的低感度黑索今(i-RDX)已作為含能材料HUB-88A和B2213A的成分之一，并在多種彈藥系統(tǒng)中得到應用，其中包括美國陸軍120 mm口徑迫擊炮彈項目[17]。目前我國和瑞典、澳大利亞也研制出了類似產(chǎn)品。與常規(guī)炸藥相比，以NTO為基的PBX類炸藥長期貯存性能好，而且適用于多種裝藥工藝如壓裝、鑄裝等，在國外得到了廣泛應用。目前，美國、法國、英國等國已研發(fā)多種含NTO配方的不敏感炸藥。與硝胺基炸藥和梯恩梯/硝胺基炸藥相比，這些不敏感炸藥易損性明顯降低，能夠滿足不敏感彈藥要求。美國陸軍采用含有NTO成分的不敏感熔鑄炸藥IMX-101替代梯恩梯作為M795式155 mm口徑榴彈的主裝藥，并在2011年轉(zhuǎn)入大規(guī)模生產(chǎn)，裝備美國陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊。此外還用IMX-104替代B炸藥，裝填在60 mm、81 mm和120 mm口徑的迫擊炮彈中進行了大量實彈試驗。美國空軍用以梯恩梯和NTO為配方的AFX-644(也稱TNTO Ⅳ)裝填于低易損性通用航空炸彈。在微型彈藥技術規(guī)劃(Miniature Munition Technology Program)中用AFX-757代替梯恩梯炸藥裝填空地導彈JASSM。AFX配方系列還有AFX-645用于MK82航空炸彈裝藥、AFX-777用于硬目標侵徹戰(zhàn)斗部裝藥。法國研發(fā)的B-2214(72% NTO、12% 奧克托今及惰性粘結劑)代替了PBX ORA86(86% 奧克托今)用于導彈彈頭中。英國皇家兵工局和英國國防研究所合作研發(fā)了一類新PBX炸藥——ROWANEX，其中ROWANEX 1001經(jīng)試驗表明能滿足不敏感性要求，可用作聚能裝藥[17-19]。

結構設計主要從緩解設計和排氣設計兩方面著手進行。在機械撞擊或沖擊波沖擊方面，常通過改變彈藥殼體材料、使用多層殼體結構或增設戰(zhàn)斗部內(nèi)襯結構來減弱槍彈或破片撞擊和殉爆刺激產(chǎn)生的沖擊波。在緩解熱刺激方面，可在彈藥殼體表面涂覆發(fā)泡型防火涂料、增加絕熱套管等。排氣技術通過使用熔解裝置，在含能材料點火溫度以下的溫度熔化，形成排氣路徑或者在單體的端蓋或端帽處使用排氣盤、設計應力集中槽和泄壓槽等途徑[20-23]。通過設計排氣系統(tǒng)可以釋放彈體內(nèi)的壓力，延遲含能材料的熱烤燃時間，降低彈藥發(fā)生燃燒、爆炸等反應的可能性。圖1—圖4給出了幾種典型的緩解設計。

圖1 航空炸彈外表面涂覆隔熱涂層Fig.1 Thermal-protective coating of the aerial bomb

圖2 BLU-111 彈體尾部設計泄壓口Fig.2 Venting device of the bottom of BLU-111

圖3 BLU-117 彈體和傳爆管設計應力槽Fig.3 The stress relief groove of BLU-111

圖4 航空炸彈PAVEWAY IV設計泄壓口后破片撞擊試驗結果Fig.4 Fragment impact test results of the aerial bomb PAVEWAY IV after adding venting device

在包裝防護設計方面實現(xiàn)不敏感的最有效方法是采用包裝擋板。典型擋板分為三種：一是機械擋板，通過使槍彈、破片減速或偏轉(zhuǎn)而降低機械沖擊對彈藥的影響；二是熱擋板，采用阻燃劑、燒蝕材料、泡沸油漆(intumescent paint)等材料，降低傳入彈藥的熱量和速率；三是沖擊波擋板，采用鋁泡沫、浮石、陶瓷等材料，減小反射和透射的沖擊波壓力峰值或大量吸收沖擊波能量。其次，為避免相鄰彈藥爆炸導致殉爆反應，包裝時應合理設計彈藥在包裝箱內(nèi)的空間分布。圖5為幾種常用彈藥包裝設計方案[20]。

圖5 常用彈藥包裝設計方案Fig.5 Packaging scheme of the common munition

目前，不敏感彈藥技術已經(jīng)在美國、法國、英國和德國等多個國家得到應用。美國海軍戰(zhàn)斧導彈、MK-73標準導彈、改進海麻雀導彈、響尾蛇導彈和MK-46魚雷等，美國陸軍60 mm口徑M720E1迫擊炮彈、70 mm口徑火箭彈、M67和ASM手榴彈、105 mm口徑坦克炮彈、120 mm迫擊炮彈、155 mm 口徑火炮榴彈、M46型203 mm口徑火炮榴彈等，美國空軍MK-80系列航空炸彈、AGM-84導彈等都進行了應用研究。法國從1985年開始裝備部分不敏感的空-空、空-地、艦-艦導彈，并且陸軍LU-211 155 mm口徑炮彈和海軍MU-90LW魚雷、CBEMS/BANG125炸彈等也已應用了不敏感彈藥技術。英國風暴導彈(STORM SHADOW)、德國多種導彈和榴彈戰(zhàn)斗部也裝填了低易損性炸藥[24]。

4 不敏感彈藥引起的問題及解決對策

不敏感彈藥的出現(xiàn)雖然能在一定程度上提高彈藥安全性，但同時也不可避免地引發(fā)一些潛在的問題。首先，傳爆序列的起爆可靠性會降低。不敏感彈藥采用低易損性炸藥裝藥，與傳統(tǒng)炸藥相比，低易損性炸藥在性能方面與之相差無幾，但是它更為鈍感，傳統(tǒng)傳爆序列起爆能量可能不足以起爆鈍感主裝藥。為實現(xiàn)不敏感彈藥可靠起爆，近幾年美國專利對起爆不敏感炸藥的爆炸序列研究較為熱門。2011年，美國的薩瑟蘭等[25]在美國專利US 7895947B1中提出了一種滿足不敏感彈藥要求的引信傳爆序列設計方案，基本思路是采用多重隔爆設計。具體通過以下兩種方法實現(xiàn)：1)加長傳爆通路，并沿其長度方向上分別放置多個傳爆藥柱，如圖6所示。2)在隔爆板上設計多個安放傳爆藥柱的孔，其內(nèi)的傳爆藥柱相互隔離，且與各自的起爆雷管處于錯位狀態(tài)，如圖7所示。兩種設計方案中，當引信處于安全狀態(tài)時，各傳爆藥柱均處于相互隔離的狀態(tài)，即使面臨危險刺激時單個藥柱可能起爆，但能量不足以引爆彈藥，從而保證了彈藥的安全性。

圖6 加長傳爆通路的設計方案Fig.6 Designed by using longer explosion channel

圖7 多傳爆通路的設計方案Fig.7 Designed by using multiple explosion channel

2012年，美國的布萊恩·柏林等[26]在美國專利US 8272326B2中提到一種高沖擊引信傳爆管起爆不敏感炸藥的裝置，如圖8所示。該裝置是在傳爆管裝藥中安置爆炸波成形器，使導爆管輸出能量通過爆炸波成形器傳播，增加了爆轟波作用在傳爆藥上的接觸面積，使傳爆藥完全反應，進而驅(qū)動更多的有效破片作用于不敏感炸藥，實現(xiàn)可靠起爆。圖9(a)和圖9(b)分別為增加爆炸波成形器之前和之后傳爆管裝藥產(chǎn)生有效破片的對比情況。

圖8 高脈沖引信傳爆管起爆裝置Fig.8 High impulse detonating apparatus of fuze

圖9 對比增加爆炸波成形器前后產(chǎn)生的有效破片F(xiàn)ig.9 The effective fragment after adding the explosion forming device

其次，不敏感彈藥使用新的含能材料，研究表明其爆炸產(chǎn)物會污染水源，增加致癌率。其中美國Michael R. Walsh等在2012年3月對裝有不敏感炸藥PAX-21的60 mm口徑M720A1迫擊炮彈進行了起爆試驗，如圖10和圖11所示。試驗結果發(fā)現(xiàn)，彈藥殘骸中高氯酸鹽的比例與傳統(tǒng)彈藥試驗結果相比會顯著升高，而高氯酸鹽會污染水源，且炸藥中的殘留成分DNAN是致癌物[27-29]。

圖10 采用聚能射流裝置起爆60 mm口徑迫彈Fig.10 Mortar projectile initiated by shaped charge blasting

圖11 采用爆炸序列方式起爆60 mm口徑迫彈Fig.11 Mortar projectile initiated by explosive train

為了發(fā)展綠色、鈍感、健康的不敏感彈藥，近些年，國外在綠色不敏感炸藥的研制和相關技術的研究方面也做了大量工作[30-31]。2012年，加拿大國防發(fā)展研究部(DRDC)以105 mm口徑炮彈為平臺開展了為期5年的技術創(chuàng)新項目(TDP)，對其引信系統(tǒng)和主裝藥進行了改進研究，如圖12所示。主裝藥用綠色不敏感炸藥GIM(將含能熱塑性彈性體粘結劑以一定比例熔解在梯恩梯和奧克托今中)代替B炸藥，綠色不敏感發(fā)射藥代替M1單基推進劑。文獻[32]指出該項目的目的是研制出比現(xiàn)有彈藥更加綠色、健康和不敏感的彈藥。為了減輕未爆彈藥遺留下來的低易損性火炸藥成分對土壤、水資源的污染以及當?shù)鼐用竦纳眢w危害，研究人員對引信系統(tǒng)進行了改進，試圖實現(xiàn)零啞彈率，其中一項典型的措施就是在引信中增設了一個獨立的自毀裝置。

圖12 綠色不敏感彈藥設計概念Fig.12 Design concept of green and insensitive munition

5 不敏感彈藥引信技術

傳爆藥是引信爆炸序列的主要裝藥。美國在MIL-STD-1316E引信安全性設計準則中將混合炸藥A3、A4、A5、CH6、PBX9407、PBXN-5、PBXN-6、DIPAM、Ⅰ型或Ⅱ型A級HNS、Ⅳ型HNS列為許用傳爆藥，其配方如表4所列[33]。為實現(xiàn)爆炸序列的鈍感化，研制與不敏感主裝藥相匹配的新型傳爆藥是必不可少的。自20世紀80年代以來，各國對不敏感傳爆藥開展了深入研究，目前已研制出多種不敏感傳爆藥以及潛在的不敏感傳爆藥，如美國的PBX9604、PBX9503、PBX9404、LX-14、LX-15、以PYX為基的AFX-521、以TPM為基的AFX-511、X-0298、PBXW-7(Ⅰ型、Ⅱ型)，英國的BX系列、Debrix18AS、Debrix11、Debrix12，法國的NREV系列，俄羅斯的A-1X-1，澳大利亞的TR系列等，其配方如表5所列[34-39]。我國在不敏感傳爆藥方面也取得較大進展，文獻[40-42]介紹了幾種不敏感傳爆藥的配方，有望作為不敏感彈藥爆炸序列的鈍感傳爆藥。為了提高傳爆藥的不敏感性能，新一代的不敏感含能配方如TATB、NTO、FOX-7、CL-20、LLM-105等，近年來應用在不敏感傳爆藥的研究也逐步得到重視[43-45]。

表4 引信安全性設計準則給出的許用傳爆藥配方

表5 不敏感傳爆藥的組成配方

續(xù)表

名稱組成名稱組成PBXW?7(Ⅱ型)35%黑索今，60%三硝基三氨基苯(TATB)，5%氟橡膠NREV950358 1%NTO，36 9%黑索今，5%乙烯-乙酸乙烯共聚物X?029897 5%奧克托今，1 07%烴油，1 43%苯乙烯、丁二烯共聚物NREV950476 3%NTO，18 9%黑索今，4 8%乙烯-乙酸乙烯共聚物TR198 75%黑索今，1 25%聚乙烯蠟A?1X?194 25%黑索今，5 75%蠟、硬脂酸、蘇丹紅TR296 5%黑索今，3 5%聚乙烯蠟

為了實現(xiàn)安全可靠地起爆不敏感傳爆藥，國外在不敏感火工品起爆技術方面也進行了大量研究。激光點火技術采用激光能量來引爆或引燃含能材料。與傳統(tǒng)點火方式相比，激光點火的抗電磁干擾能力強，大幅度提高武器系統(tǒng)的安全性。目前美國已將激光點火技術應用到火箭彈和導彈系統(tǒng)中。爆炸邏輯網(wǎng)絡作為新一代的引、傳爆裝置，它具有邏輯判斷功能，能夠準確地識別起爆時序，充分確保了起爆主裝藥的安全性和可靠性。美國從20世紀60年代開始研究爆炸邏輯網(wǎng)絡技術，目前已在三叉戟、響尾蛇等多個導彈型號中使用。法國從20世紀80年代開始相關技術研究，目前已在某型號手榴彈的引信裝置中使用爆炸邏輯網(wǎng)絡。沖擊片雷管起爆技術是20世紀70年代美國發(fā)展起來的，當時主要用于核武器，隨后在常規(guī)武器中使用。沖擊片雷管中不含敏感起爆藥，全部為比較鈍感的猛炸藥，能量轉(zhuǎn)換元件(爆炸箔、飛片)不直接與炸藥接觸，只有在強電流脈沖的作用下才以一定的速度撞擊起爆炸藥。相對于傳統(tǒng)的點火方式，其顯著特點就是安全性高。目前在美國沖擊片雷管已實現(xiàn)量產(chǎn)，在陶-2B反坦克導彈、愛國者導彈、ATACMS陸軍戰(zhàn)術導彈中都得到應用。在我國由中國工程物理研究院開發(fā)的以HNS為基的CL03沖擊片雷管也成功應用于某魚雷戰(zhàn)斗部和空射巡航導彈中[46]。

為使火工品滿足不敏感特性，國外在其裝藥成分和結構設計等方面也做了改進。2014年美國人文森特·貢薩爾維斯等[47]在美國專利US 8776689B2中提出在雷管內(nèi)采用不敏感模塊裝藥代替敏感藥劑，即用多個不同密度的藥柱代替疊氮化鉛和斯蒂芬酸鉛等敏感裝藥。疊氮化鉛和斯蒂芬酸鉛的沖擊感度、摩擦感度和靜電釋放感度均較高，在遭遇意外刺激時易發(fā)生起爆反應，而且它們本身是重金屬鹽，爆炸產(chǎn)物有一定毒性。采用不同壓力壓制的黑索今不僅能夠提高其不敏感性能，還可實現(xiàn)綠色環(huán)保。圖13所示的手榴彈采用了不敏感雷管裝藥結構，火帽激發(fā)后引燃延期藥，繼而引燃壓制密度遞增裝填的黑索今裝藥，并最終形成爆轟。為避免黑索今在壓制過程中發(fā)生意外爆炸，也可用其它不敏感含能材料代替，如混合炸藥A3和A5、LX系列炸藥、PRX系列炸藥、AFX系列炸藥和PAX系列炸藥等。

圖13 取消敏感裝藥采用密度遞增黑索今裝填雷管的手榴彈Fig.13 Grenade designed by using incremental charge density of RDX

英國人約翰·艾倫菲利普斯[48]在英國專利GB 884041中提出采用兩級裝藥結構來提高雷管的不敏感性能。圖14(a)為改進前雷管，其裝藥由雷汞或含鉛重金屬鹽組成。圖14(b)為改進后雷管，其裝藥結構為兩級。由于雷汞或疊氮化鉛等含鉛重金屬鹽起爆藥對熱、撞擊、摩擦等刺激較為敏感，容易意外發(fā)火。而相比之下，圖14(b)所示的兩級裝藥新雷管結構采用的是低感度炸藥，炸藥在燃燒環(huán)境不敏感，僅在高壓密閉環(huán)境下才易起爆。圖14(b)中通過設計約束通道，釋放一級炸藥因意外點火而產(chǎn)生的氣體，降低內(nèi)部壓力，降低了自身形成爆轟并引爆主裝藥的可能性。此外，在正常引爆時，為了不降低雷管威力，實現(xiàn)可靠起爆不敏感主裝藥，二級裝藥設計時采用了薄的金屬殼體。

圖14 敏感裝藥雷管和不敏感裝藥雷管結構對比Fig.14 Compare the structure of insensitive detonator and common detonator

不敏感彈藥引信技術除了增加自毀功能以外，主要是通過傳爆序列結構改進，實現(xiàn)其自身的不敏感特性。20世紀90年代初期，美國海軍水面武器中心發(fā)明了兩種新型爆炸序列：環(huán)形傳爆藥爆炸序列和在主裝藥中內(nèi)置反射筒的爆炸序列，如圖15和圖16所示[49-50]。這兩種爆炸序列均使用不敏感傳爆藥PBXN-110，它們具有不敏感和高能輸出的特性，有效提高了傳爆藥引爆主裝藥的可靠性。此外，美國還提出了自鍛破片式爆炸序列、多點起爆爆炸序列和爆炸箔起爆爆炸序列等[51-53]。近年來我國在起爆不敏感主裝藥的技術方面也做了大量工作，胡雙啟等分別做過環(huán)形、錐環(huán)形、外圓凹球形、外錐凹球形、半球形及圓柱形傳爆藥柱起爆威力的對比實驗。研究發(fā)現(xiàn)，在起爆相同的主裝藥時，這五種藥柱較圓柱形傳爆藥柱相比，不僅裝藥量大幅度減少，還能顯著提高傳爆藥柱的起爆能力[54-57]。

圖15 使用傳爆藥環(huán)的爆炸序列Fig.15 Booster explosive rings

圖16 內(nèi)置反射筒的爆炸序列Fig.16 Embedded can booster

在結構設計方面，引信也應考慮設計泄壓結構。目前國外對引信的緩解設計主要有三種結構途徑[58-64]：

1)在引信傳爆管上設計泄壓結構，形成排氣通道，釋放引信內(nèi)裝藥燃燒產(chǎn)生的氣體，降低內(nèi)部壓力，避免炸藥發(fā)生更為嚴重的反應。圖17和圖18為兩種典型的泄氣結構。

圖17 引信體和傳爆管之間開泄氣通道Fig.17 Venting gallery designed between fuze body and booster

圖18 傳爆管殼上開泄氣孔Fig.18 Venting hole on the booster tube

2)使用可分離式引信結構設計。在彈體和引信連接處使用易熔金屬，當處于高溫時金屬熔化或變軟，在一定的內(nèi)部壓力下將引信推出彈體，從而避免引信內(nèi)炸藥裝藥發(fā)生點火進而引爆主裝藥的嚴重后果。圖19為一種可分離式引信結構。

圖19 可分離式引信結構設計Fig.19 The structure of the ejectable Fuze

3)在含能材料和殼體之間使用耐高溫的聚合材料如聚砜或聚酰亞胺等，或使用吸能、減弱沖擊的殼體材料，以避免或延遲炸藥在力/熱刺激下發(fā)生爆炸或者爆轟反應。

為了提高引信在后勤儲備和作戰(zhàn)運輸時的安全性，往往還需對引信進行包裝設計。一個完整的引信包裝結構設計應滿足不敏感性能要求，通常可在包裝箱外涂覆絕熱涂料或者在內(nèi)部設置隔熱層，合理設計引信在包裝箱內(nèi)的空間分布，在包裝設計中設置排氣系統(tǒng)等[65]。通過包裝設計改進和優(yōu)化，實現(xiàn)引信引信鈍感性能提升是鈍感引信技術的特點之一。

引信作為彈藥的主要組成部分，發(fā)展不敏感彈藥引信技術是實現(xiàn)彈藥鈍感化的必然選擇。然而目前我國不敏感彈藥引信技術研究仍不到位，如在引信直列裝藥(導、傳爆藥)的選用標準和評價指標、不敏感引信結構材料的選擇、小尺寸裝藥在密閉和非密閉空間內(nèi)的反應特性和控制、不敏感引信試驗評估體系等方面缺少系統(tǒng)、深入的研究。為了推進我國不敏感彈藥引信技術的發(fā)展，應充分借鑒國外不敏感彈藥發(fā)展的研究思路和方法，積極關注低易損性爆炸序列隔爆與傳爆新技術、新結構和新原理，盡快制定出不敏感彈藥引信的通用技術要求，總結出基本設計原理和指南。

6 結論

歷史上無數(shù)彈藥安全事故無不宣示彈藥安全的重要性，如今發(fā)展不敏感彈藥技術已成為世界各主要工業(yè)國家的發(fā)展趨勢。西方國家在發(fā)展不敏感彈藥技術方面仍然方興未艾，而我國在不敏感彈藥技術特別是不敏感彈藥引信技術方面與國外仍存在較大差距。鑒于目前我國不敏感彈藥的發(fā)展現(xiàn)狀，建議應從引信、火炸藥到彈藥全系統(tǒng)等方面開展系統(tǒng)、全面、深入的研究，盡快實現(xiàn)彈藥系統(tǒng)特別是艦載、機載和車載彈藥系統(tǒng)的鈍感化。

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Overview on the Development of Insensitive Munitions and Fuze

YIN Zhen, WANG Yushi, WEN Quan, ZHANG Zhibiao, YAN Li

(School of Mechanical Engineering, NUST, Nanjing 210094, China)

The development of insensitive munitions in domain was postponed, to help changing the situation, the application status and technical principle of insensitive munitions and fuze in recent years was introduced. The problem to be solved was also summarized, the method to realize insensitive features was analyzed. To meet the insensitive munition requirements for fuze, it was a wisdom choice by exploring low vulnerability booster, designing new explosive train, improving initiation and propagation ability in insensitive initiating explosive device, designing pressure release device, selecting heat-resistant and shock-resistant materials, using anti-detonation packaging and increasing self-destruction. It was very necessary to realize weapon desensitization, especially in shipboard, airborne and vehicle carrier.

insensitive munitions; fuze; low vulnerability propellant and explosive; safety

2017-01-24

江蘇省研究生培養(yǎng)創(chuàng)新工程項目資助(SJLX15_0145)

殷瑱(1990—)，男，湖北廣水人，碩士研究生，研究方向：特種機械技術。E-mail：yznjust@163.com。

TJ43

A

1008-1194(2017)03-0001-11