Page 78 - 《爆炸与冲击》2023年第2期

第 43 卷 刘 伟，等： 波形控制器对杀伤战斗部破片飞散特性影响研究 第 2 期

reduces the fragment scattering velocity, reduces the fragment scattering angle, and increases the fragment distribution density.
The error between the numerical calculation values and experimental values of fragment scattering angle is within 6.53%.
Compared with that without a wave shape controller, the fragment scattering angles of the warhead prototypes with the wave
shape controller and the material is nylon, polyurethane and PTFE reduced by 40.00%, 44.00% and 46.67%, respectively.
Keywords: fragmentation warhead; wave shape controller; Shapiro formula; fragment scattering characteristic; fragment
scattering velocity; fragment scattering angle

[1]
杀伤战斗部利用炸药爆炸产生的能量驱动破片高速飞散，对飞机、导弹等空中目标进行毁伤 。传
统的圆筒形杀伤战斗部在起爆后，两端和中心位置的破片飞散速度差异较大，在动态弹目交汇条件下，
两端的破片容易脱靶，并且战斗部破片飞散角较大，破片沿轴向分布范围较大，沿目标方向分布密度较
小，达不到预期的毁伤效果 [2-4] 。因此，改善杀伤战斗部破片的飞散特性十分重要 。
[5]
控制战斗部破片飞散特性的主要方法是改变战斗部的起爆方式、装药曲线和长径比等 [6-7] 。李松楠等 [8]
通过数值计算方法研究了起爆点位置对杀伤战斗部破片飞散角的影响，结果表明，在中心起爆时，适当
[9]
减小起爆点与装药底端的距离可以提高破片的初速，减小破片的飞散角；张绍兴等 基于 Shapiro 公式设
计了 3 种不同曲率半径的战斗部壳体曲线，通过数值计算方法研究了壳体形状对破片飞散特性的影响，
得到了壳体曲率半径增大、破片初速提高、破片飞散角增大的结论；Dhote 等 [10] 对长径比分别为 0.8、
1.2 和 1.8 的 3 种杀伤战斗部进行了破片飞散试验，结果表明，起爆方式相同时，长径比越大，破片飞散角
越大。近年来，有学者提出使用波形控制器改变爆轰波波形，从而控制杆条破片的飞散状态。张会锁等 [11]
对有波形控制器作用下的杆条破片战斗部的杆条初始抛撒状态进行了数值计算，结果表明，波形控制器
能改变爆轰波波形，使爆轰波能量均匀地作用于杆条上，使杆条在初始飞散时受力均匀，变形弯曲减
小。但与杆条不同的是，破片杀伤战斗部需要更精确地对破片的飞散方向进行控制。
本文中拟通过在主装药与破片之间增加波形控制器的方法控制破片飞散方向，改善破片飞散特性，
并基于爆轰波在惰性材料中的反射理论和 Shapiro 公式设计波形控制器形状；并通过数值计算和试验验
证该方法的合理性，分析对比有无波形控制器以及波形控制器选择不同材料时对破片飞散速度和破片
飞散角的影响规律。

1 波形控制器设计

1.1 破片飞散角概念
战斗部破片飞散特性主要包括破片飞散速度和破片空间分布，破片空间分布通过破片飞散角表
示 。 如 图 1 所 示 ， 破 片 飞 散 角 是 指 战 斗 部 爆 炸 后 ， 在 战 斗 部 轴 向 平 面 内 ， 以 质 心 为 顶 点 所 做 的 包 含
90% 有效破片的角度，即破片飞散图中包含 90% 有效破片的两线之间的夹角 [12] 。破片飞散角越小，目标
方向上的破片分布密度越大，对目标的毁伤效应越明显，因此战斗部破片飞散角是衡量杀伤战斗部威力
的重要参数之一 [13] 。

Equatorial
plane

Fragment scattering
angle

Warhead
Target board

图 1 破片飞散角示意图
Fig. 1 Schematic diagram of fragment scattering angle

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