“绿色”子弹药技术研究
更新日期:2017-12-23     来源:火工品   浏览次数:198
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子母型战斗部具有攻击覆盖范围大,作战功能多,作战对象种类多等特点,在近期的几次大规模战争和局部战争中被广泛使用,而子母弹的使用往往伴随有许多安全与环境问题发生。子弹药作为子母型战斗部的有效载荷,被国际各界赋予了很高的安全、绿色、环保的期望。
美军在海湾战争、阿富汗战争和伊拉克战争中大量使用子母弹,并遗留大量瞎火子弹,在沙漠风暴中至少遗留瞎火子弹17万枚,后续造成了大量的平民伤亡,受到国际社会深刻谴责。2008年5月,由挪威率先发起,107个国家缔结了禁止集束弹药的国际条约《集束弹药公约》。该公约对子弹药的安全性和可靠性提出了较高的要求。
近年来,“绿色”子弹药的概念开始越来越受重视,“绿色”子弹药技术主要应用于子弹药的制造、装配、装填和使用过程,可指导和规范子弹药的安全绿色生产,降低子弹药生产使用过程的危险性和污染,提高资源的利用效率。
本文基于子母弹使用过程中亟待解决的安全、环境问题,开展对“绿色”子弹药技术的研究,目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的影响最小,资源效率最高。
2 子弹药安全绿色制造技术
1996年,美国制造工程师学会(SME)发表了关于绿色制造的专门蓝皮书《Green Manufacturing》,提出了绿色制造的概念。近年来国际上对安全绿色制造的研究非常活跃,美国加州大学伯克利分校不仅设立了关于环境意识设计和制造的研究机构,而且还在国际互联网上建立了可系统查询的绿色制造专门网页,国外在弹药安全绿色制造等方面积累的大量成功经验,有效保证了其产品在制造、装配等过程中的安全性,并能够将生产过程中的污染控制在较低水平。可以毫不夸张的说,绿色制造研究的强大绿色浪潮,正在全球兴起。
近年来,国内这方面的研究正在急流直追,但现有的研究大多停留在概念研究、认识研究阶段,许多问题有待于深入。我国在弹药安全绿色制造领域研究较少,没有形成体系,无法对弹药生产过程进行规范和指导,且基本未考虑对环境的污染问题,个人认为绿色制造的发展应从以下方面展开。
1.1 子弹药安全绿色工艺设计技术
纵观近年来国内兵器行业的安全事故,发生在加工制造过程中的不在少数,为消减弹药生产过程中的安全隐患,我们有必要加强工艺技术保障,出台规范的生产工艺文件,做到生产时有法可依、有法必依。
在工艺设计的过程中,以下几个方面应着重考虑:
1) 工艺环境
工艺环境包括工房要求和现场管理要求,涵盖消防技安、温度湿度、采光照明等。
2) 人员素质
工作人员应熟悉操作规程,掌握各项安全规定,取得岗位合格证等。
3) 安全防护
包括手套、工装等防护用品和对有毒、有腐蚀、易燃易爆物品的管理、存储和运输使用规范等。
4) 设备要求
生产中所使用设备应定期检查,确保安全可靠。
1.2 安全绿色炸药制造技术
现今大量使用的熔铸炸药具有成本低,装药工艺简单,对装药设备要求不高,适合大批量装药生产的特点,是航空弹药应用最广泛的一类炸药。传统的以TNT为基的熔铸炸药,因TNT固有的热循环和老化效应会引起装药出现裂纹、渗油等现象,而使安全性降低,近十几年来,由于常用在武器系统中的TNT、RDX和HMX等炸药,在意外碰撞和冲击作用下曾多次发生爆炸事故,二炮已明确要求,其所使用的弹药不允许含有TNT或以TNT为基的熔铸炸药。从长远发展趋势来看,必然逐步采用综合性能更优异的本质不敏感单质炸药(如绿色、不敏感的高氮含能化合物)来替代现役品种,因此,随着新型不敏感单质炸药合成技术的成熟,炸药的发展重点将逐步转移。
在过去的十年中,美国研制了一系列新型不敏感炸药,这些炸药必须符合非核弹药危险性评估测试MIL-STD-2105。总体而言,国外开展高能不敏感混合炸药的研究工作主要集中在不敏感熔铸炸药以及不敏感PBX炸药这两个方面,采用的主要技术途径是应用钝感或惰性组分来增强炸药的不敏感特性[1]。
1) 以DNAN为基的PAX系列
熔铸炸药的优点是易于装填到各种形状的弹药中。另外,在提高IM特性的同时,炸药所具有的爆轰性能不会降低。对于某一给定系统,其能量性能和冲击感度可以通过组分的颗粒大小和质量含量的调整得到改善。传统熔铸炸药的功能主要集中在破片杀伤能力上,为了达到不敏感弹药的需求,美国的研究人员研制出一系列以2,4二硝基茴香醚(DNAN)、RDX或HMX以及AP为基的低成本、低感度的新型熔铸炸药(见表1)。
表1 PAX系列配方及性能
序号 组分 性能用途
PAX-21 RDX,DNAN,AP,MNA 代替B炸药
PAX-24 DNAN,AP,MNA -
PAX-25 RDX,DNAN,AP,MNA 代替B炸药,相比PAX-21,组分比例不同,性能提高
PAX-26 DNAN,Al,AP,MNA -
PAX-28 RDX,DNAN,Al,AP,MNA 能量相当于B炸药1.62倍
PAX-40 HMX,DNAN,MNA 相比B炸药爆轰速度增加,冲击波感度降低
PAX-41 RDX,DNAN,MNA -
以DNAN代替TNT作为熔融载体,其安全性优于TNT,而且与AP相容,在配方设计中可以通过AP改善氧平衡来提高能量,其做功能力为B炸药的1.62倍,而冲击波感度低于B炸药。
2) 高聚物粘结炸药(PBX)
高聚物黏结炸药(polymer bonded explosive,PBX),是以单质炸药为主要成分,加入各种能改善其加工性能和使用性能的添加剂,在一定温度、压力的作用下制作成的具有特殊要求和功能的高能混合炸药。它充分利用了高能炸药的爆轰性能和高分子材料优异的力学性能,使药剂的综合指标远远优于传统的铸装炸药和蜡钝感炸药,具有较高的能量密度、机械强度、较低的感度,良好的加工成型性能和环境适应能力,适于各种装药工艺,且能量可在一定范围内适当调节。PBX研制的关键是选择与主炸药粘接强度大、力学性能好的高聚物,通常需经大量预选配方的力学、界面性能与燃爆效果实测而加以筛选。该炸药可在军事上用于导弹战斗部装药、推进剂、水雷、鱼雷、反坦克导弹与核战斗部起爆装置等,工业上用于爆炸成型、石油射孔弹等,用途全面,性能优异。