防盜門(mén)破拆機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

/第1章緒論1.1設(shè)計(jì)背景當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外面臨的反恐形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，各種暴力犯罪——特殊是室內(nèi)人質(zhì)劫持越來(lái)越多。對(duì)室內(nèi)人質(zhì)劫持案，首先要解決的是破開(kāi)門(mén)體開(kāi)拓快速通道，為營(yíng)救人質(zhì)爭(zhēng)取有利時(shí)機(jī)。由于現(xiàn)代建筑基本都安裝了防盜平安門(mén)，若犯罪分子依靠防盜門(mén)負(fù)隅頑抗，就會(huì)給人質(zhì)的解救工作帶來(lái)很大困難。遼寧省沈陽(yáng)市曾發(fā)生一起持槍綁架案件極具代表性。一名犯罪嫌疑人持槍將一名富商于家中綁架，讓被害人的妻子出去取錢(qián)，被害人妻子隨后報(bào)警。接警后，警方快速將被害人房屋包圍，由于警方缺乏破除防盜門(mén)的有效手段，用最原始的方法——鎬頭刨墻。等警方?jīng)_入室內(nèi)，犯罪嫌疑人和人質(zhì)都滿臉是血，好在嫌疑人沒(méi)有擊中人質(zhì)要害部位，人質(zhì)經(jīng)搶救脫險(xiǎn)，嫌疑人開(kāi)槍自殺未遂。案件的結(jié)局雖然不算最壞，但影響惡劣，它暴露出警方對(duì)防盜門(mén)破除手段的匱乏[1]。傳統(tǒng)的人質(zhì)解救方式有談判和強(qiáng)制解救兩種，在談判失效、疑犯高度戒備的狀況下，則只能實(shí)行強(qiáng)制解救措施突破門(mén)體等障礙快速突入室內(nèi)，不給疑犯反應(yīng)時(shí)間，這樣才能達(dá)到有效壓制疑犯，愛(ài)惜人質(zhì)的目的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，破門(mén)工具得到了廣泛的研發(fā)。然而國(guó)內(nèi)強(qiáng)制破門(mén)的手段還不夠完善。運(yùn)用廣泛的破門(mén)工具有破門(mén)椎、撞門(mén)錘、剪切器、多功能鉗、金屬切割機(jī)等。撞門(mén)錘、剪斷器、多功能鉗等工具對(duì)于木結(jié)構(gòu)門(mén)破門(mén)成功率較高，而且簡(jiǎn)便，運(yùn)用成本低，但對(duì)于防盜門(mén)尤其是鋼質(zhì)防盜門(mén)則難以突破成功，缺乏突然性。金屬切割器能有效破除防盜門(mén)，但由于切割時(shí)間長(zhǎng)，簡(jiǎn)潔驚動(dòng)恐怖分子，威逼人質(zhì)平安，不適合突擊行動(dòng)。中國(guó)兵器工業(yè)其次0八探討所研制的動(dòng)能破門(mén)彈系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)破門(mén)系統(tǒng)中比較先進(jìn)，如圖。該系統(tǒng)由破門(mén)彈、動(dòng)力系統(tǒng)、放射系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)、支架等組成。可在執(zhí)行反恐救援任務(wù)時(shí)快速、有效地攻破各種防盜門(mén)，使救援人員快速進(jìn)入房間[2]。但該破門(mén)系統(tǒng)威力較大，而且作用完成后需得快速移開(kāi)才能進(jìn)入，難以保證室內(nèi)人質(zhì)不受到損害。國(guó)外破門(mén)手段則相對(duì)比較領(lǐng)先，美、英、德、以色列等國(guó)家的破門(mén)技術(shù)已經(jīng)成熟。主要有M100式破門(mén)槍榴彈、SAS切門(mén)器、PC/TAC戰(zhàn)術(shù)型切割炬、Autauga撞門(mén)器、Jersey啟動(dòng)器等。但上述國(guó)家的入戶門(mén)多為木質(zhì)，即通常說(shuō)的歐式門(mén)，所探討的破門(mén)手段和破門(mén)工具大多是通過(guò)破開(kāi)門(mén)鎖或門(mén)鉸達(dá)到破門(mén)目的，而我國(guó)入戶門(mén)大多為鋼質(zhì)防盜門(mén)，且門(mén)鎖較多，內(nèi)置鋼板鋼柱，故上述國(guó)家的破門(mén)工具和圖動(dòng)能破門(mén)彈系統(tǒng)技術(shù)并不完全適用于我國(guó)。其中Jersey啟動(dòng)器雖然功能多用，但僅對(duì)于一般結(jié)構(gòu)的入戶門(mén)有效，對(duì)于門(mén)鎖較多且結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)的防盜門(mén)難以完成破拆的任務(wù)，而且結(jié)構(gòu)笨重，運(yùn)用和攜帶均不便利，如圖[3]。M100式破門(mén)槍榴彈由以色列拉斐爾公司為美陸軍生產(chǎn)，圖Jersey啟動(dòng)器其設(shè)計(jì)基于拉斐爾公司武器發(fā)展局研制的“西蒙”（SIMON）系列破門(mén)槍榴彈，以供美國(guó)M16和M4系列突擊步槍運(yùn)用。M100式破門(mén)槍榴彈的結(jié)構(gòu)包括帶支座的定距桿和引炸藥部件兩部分。士兵運(yùn)用M100式破門(mén)槍榴彈時(shí)先將其兩部分連接，然后把該彈安裝在M16式或M4式突擊步槍末端，并朝門(mén)射擊。當(dāng)定距桿遇到門(mén)時(shí)，觸發(fā)引信引圖M100式破門(mén)槍榴彈爆主炸藥，產(chǎn)生的猛烈超壓力沖擊波破門(mén)之后可立刻攻入[4]。該破門(mén)彈威力巨大，能有效用于反恐任務(wù)中的破門(mén)任務(wù)，但難以保證救援任務(wù)中人質(zhì)不受到?jīng)_擊波的損害。由于以上破門(mén)手段對(duì)于破除目前運(yùn)用最多的鋼質(zhì)防盜門(mén)都存在不同的難度，而且會(huì)對(duì)人質(zhì)及營(yíng)救人員的平安造成不同程度的損害。因此，設(shè)計(jì)一款干脆、高效、突進(jìn)、功能更加全面且不造成人質(zhì)損害和危及解救人員自身平安的防盜門(mén)破拆機(jī)構(gòu)燃眉之急。1.2防盜門(mén)相關(guān)學(xué)問(wèn)防盜門(mén)的全稱為“防盜平安門(mén)”。它兼?zhèn)浞辣I和平安的性能。依據(jù)《防盜平安門(mén)通用技術(shù)條件》規(guī)定，合格的防盜門(mén)在15分鐘內(nèi)利用鑿子、螺絲刀、撬棍等一般手工具和手電鉆等便攜式電動(dòng)工具無(wú)法撬開(kāi)或在門(mén)扇上開(kāi)起一個(gè)615平方毫米的開(kāi)口，或在鎖定點(diǎn)150平方毫米的半圓內(nèi)打開(kāi)一個(gè)38平方毫米的開(kāi)口。并且防盜門(mén)上運(yùn)用的鎖具必需是經(jīng)過(guò)公安部檢測(cè)中心檢測(cè)合格的帶有防鉆功能的防盜門(mén)專用鎖。防盜門(mén)可以用不同的材料制作，但只有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)合格，領(lǐng)取平安防范產(chǎn)品準(zhǔn)產(chǎn)證的門(mén)才能稱為防盜門(mén)，如圖。圖防盜門(mén)基本結(jié)構(gòu)防盜門(mén)從材質(zhì)上主要分為五種：鋼質(zhì)、鋼木結(jié)構(gòu)、不銹鋼、鋁合金和銅質(zhì)，它們?cè)谫|(zhì)量和性能上都各有特點(diǎn)。其中鋼質(zhì)防盜門(mén)是市場(chǎng)上見(jiàn)得最多、老百姓用得最多的。百姓所熟悉的防盜門(mén)大都屬于此系列。這類門(mén)價(jià)格較低廉和合理，它的銷量占市場(chǎng)總銷量的90%以上。防盜平安門(mén)依據(jù)其平安級(jí)別可分為甲、乙、丙、丁、四個(gè)級(jí)別的防盜平安門(mén)，其中甲級(jí)防盜性能最高，乙級(jí)其次，丁級(jí)最低。國(guó)標(biāo)門(mén)一般有四種規(guī)格，高度為2050mm和1970mm兩種高度，寬度為860mm和950mm兩種，組合后可為：2050mm860mm、2050mm950mm、1970mm860mm、1970mm950mm，高度2050mm即為2.05m總高的門(mén)框。不同防盜等級(jí)的防盜門(mén)防盜平安性能不同。依據(jù)新實(shí)行的國(guó)家防盜平安門(mén)通用技術(shù)條件，門(mén)框和門(mén)扇間的鎖閉點(diǎn)數(shù)，甲、乙、丙、丁級(jí)防盜門(mén)分別應(yīng)不少于12個(gè)、10個(gè)、8個(gè)和6個(gè)；按新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，防盜門(mén)的鎖具應(yīng)能在防破壞時(shí)間內(nèi)，即使鉆掉鎖芯、撬斷鎖體連接件從而拆卸鎖具或通過(guò)上下間隙伸進(jìn)撬扒工具，松開(kāi)鎖舌等，也無(wú)法打開(kāi)門(mén)扇，防盜門(mén)的主鎖舌伸出有效長(zhǎng)度應(yīng)不小于16mm，并應(yīng)有鎖舌止動(dòng)裝置。而門(mén)框的鋼質(zhì)板材厚度甲、乙、丙、丁級(jí)分別應(yīng)選用2mm、2mm、1.8mm和1.5mm等；門(mén)扇的外面板、內(nèi)面板厚度用“外板/內(nèi)板”形式表示，按防盜平安的甲、乙、丙、丁級(jí)別分別應(yīng)選用1.00mm/1.00mm、0.80mm/0.80mm、0.80mm/0.60mm。板材材質(zhì)可選用鋼、不銹鋼、鋼/木、銅或其他復(fù)合材料[5]。新標(biāo)準(zhǔn)中，把平安門(mén)、防盜門(mén)、入戶門(mén)、平安防盜門(mén)、防護(hù)門(mén)、鋼質(zhì)門(mén)等近十種相關(guān)叫法的“門(mén)”全部納入到防盜平安門(mén)的“丁”級(jí)中。我們現(xiàn)在在商場(chǎng)里看到的大部分都是丁級(jí)防盜平安門(mén)，它比較適合于一般的居民消費(fèi)者運(yùn)用。故本課題設(shè)計(jì)的線性聚能破門(mén)機(jī)構(gòu)以丁級(jí)防盜門(mén)作為目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行探討。擬選門(mén)框板材厚度為1.5mm，門(mén)板板材厚度擬選“外板/內(nèi)板”為0.80mm/0.60mm。由于國(guó)家新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定門(mén)扇和門(mén)寬搭接寬度不少于8cm，故擬選門(mén)扇總厚度為9cm。高寬組合擬選2050mm950mm。國(guó)內(nèi)丁級(jí)防盜門(mén)門(mén)板材質(zhì)一般為冷軋鋼板，本課題擬選優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45#鋼作為門(mén)板材料進(jìn)行探討，其屈服極限Y0為353MPa，密度ρi為7.8g/cm3。本文將以上述選定的丁級(jí)防盜門(mén)的相關(guān)數(shù)據(jù)作為目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行防盜門(mén)破拆機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。第2章破門(mén)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)的主要目的是研制一種框型線性聚能切割器，作為本防盜門(mén)破拆機(jī)構(gòu)，可以對(duì)防盜門(mén)鋼板進(jìn)行快速切割作業(yè)，在很短的時(shí)間內(nèi)切割出能容反恐人員快速通過(guò)的區(qū)域，進(jìn)而營(yíng)救人質(zhì)。2.1線性切割器簡(jiǎn)介線性聚能切割器是一種利用線型聚能裝藥在爆炸時(shí)產(chǎn)生的高能量密度、高運(yùn)動(dòng)速度的刀片狀金屬射流對(duì)各種金屬或非金屬障礙物進(jìn)行切割的爆炸型切割器，具有切割速度快、切割面大、切割威力高的特點(diǎn)。聚能效應(yīng)是其工作的基本原理。聚能效應(yīng)是利用裝藥一端的空穴以提高局部破壞作用的效應(yīng)，這種現(xiàn)象稱為聚能現(xiàn)象。假如在空穴表面加一個(gè)金屬罩——聚能罩，可以使能量密度進(jìn)一步提高，形成金屬射流，使聚能作用大為提高。聚能效應(yīng)的主要特點(diǎn)是能量密度高和方向性強(qiáng)，適用于產(chǎn)生局部破壞作用的領(lǐng)域。其主要應(yīng)用可分為軍用和民用兩個(gè)方面。聚能裝藥在軍事上的用途主要是利用聚能射流的破甲效應(yīng)。如應(yīng)用于魚(yú)雷、導(dǎo)彈、各種反坦克彈和各種炸彈等?？梢詫?duì)裝甲、車輛、碉堡混凝土工事等物體進(jìn)行破壞。聚能射流彈的應(yīng)用始于二戰(zhàn)，德國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、日本都研制了自己的聚能射流彈，用于海軍、陸軍。我國(guó)在聚能裝藥的軍事應(yīng)用方面也做了許多工作，探討出許多聚能裝藥的新方法，提高了聚能裝藥的威力。由于聚能裝藥的優(yōu)越性，在國(guó)民建設(shè)方面以及爆破拆除、石油工業(yè)、打撈沉船、巖體切割等方面都有著廣泛的應(yīng)用。西方發(fā)達(dá)國(guó)家很早就在石油、鋼鐵工業(yè)中應(yīng)用聚能裝藥，用于在油井中打孔，用聚能裝藥進(jìn)行金屬切削，還用于進(jìn)行海冰的穿孔等。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)在民用領(lǐng)域也越來(lái)越多的用到聚能裝藥。如石油、自然氣工業(yè)中油氣井中的切割彈。在民用領(lǐng)域內(nèi)，有一類是利用線型聚能裝藥進(jìn)行施工作業(yè)的，利用線型裝藥制成的爆炸切割器，應(yīng)用特殊廣泛。爆炸切割器利用聚能原理來(lái)切割堅(jiān)硬物質(zhì)，由于切割都是沿著一個(gè)面切割出一條窄縫來(lái)，因此，多接受平面對(duì)稱型藥型罩。線型聚能裝藥是一種長(zhǎng)條形帶有空腔的裝藥，在空腔中嵌有金屬藥型罩。藥型罩的形態(tài)可以是圓弧形或各種不同頂角的楔形，藥型罩的材料可以是銅、鋼、鋁、鉛等。南非JetDemolitionLtd利用聚能切割器成功地拆除了多種大型鋼結(jié)構(gòu)建筑物；美國(guó)Dykon公司應(yīng)用聚能切割爆破技術(shù)成功地拆除了一座煉油廠的鋼結(jié)構(gòu)反應(yīng)塔；解放軍理工高校曾經(jīng)接受聚能切割索將上海寶鋼集團(tuán)第一鋼廠原其次煉鋼車間廠房拆除；遼寧工程技術(shù)高校也曾經(jīng)利用聚能爆破法拆除長(zhǎng)為234.4m，寬為12m的清河門(mén)大橋等。此外，線型聚能切割器在采集石材中也有著廣泛的應(yīng)用。由于聚能裝藥的高能量密度和方向性強(qiáng)的特點(diǎn)，在運(yùn)用時(shí)可以大大縮短施工時(shí)間，在民用領(lǐng)域?qū)?huì)有越來(lái)越多的應(yīng)用[6]。2.2切割器破拆方案本文設(shè)計(jì)的線性切割器整體外觀為框型，各連接角為直角，能穩(wěn)定地粘附在防盜門(mén)上，解決一般破拆機(jī)構(gòu)須要支架的問(wèn)題，同時(shí)接受各處裝藥同時(shí)起爆的設(shè)想，起爆方式為遙控起爆，可以避開(kāi)一般爆破破拆帶來(lái)的對(duì)反恐人員造成損害的問(wèn)題。其破拆原理為：當(dāng)裝備內(nèi)裝填炸藥爆炸后，產(chǎn)生的爆炸能量以高壓作用于楔型金屬罩，使其在對(duì)稱平面上擠出向前高速運(yùn)動(dòng)薄層呈熔融狀態(tài)的金屬射流，以線狀豎直作用在門(mén)板上，使鋼質(zhì)門(mén)板在金屬射流的不斷作用下被侵蝕產(chǎn)生裂縫。通過(guò)合理設(shè)計(jì)切割器結(jié)構(gòu)參數(shù)，使門(mén)板在將要被切斷時(shí)讓射流速度達(dá)到臨界值停止破甲作用，從而防止射流過(guò)大損害室內(nèi)人質(zhì)的問(wèn)題。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)為框型，最終防盜門(mén)被切出一塊能容反恐人員通過(guò)的方形區(qū)域，該區(qū)域在反恐人員一般的力作用下脫離防盜門(mén)，而且用炸藥作為原動(dòng)力起爆，這個(gè)過(guò)程在幾秒之內(nèi)就能完成，能在瞬間破門(mén)的同時(shí)也不給恐怖分子反映的機(jī)會(huì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速突入、制服恐怖分子、營(yíng)救人質(zhì)的目的。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是依據(jù)防盜門(mén)結(jié)構(gòu)、門(mén)板材料、所處環(huán)境及切割器的裝藥性質(zhì)，合理的選擇和確定線性切割器的結(jié)構(gòu)尺寸、組成材料和裝藥參數(shù)等，以理論分析為主，結(jié)合數(shù)值計(jì)算得出該切割器相對(duì)防盜門(mén)的侵徹深度，使切割器形成的射流能在規(guī)定要求下完成破門(mén)任務(wù)，達(dá)到反恐救援的目的。同時(shí)還應(yīng)考慮作用位置的穩(wěn)定性、攜帶的便捷性以及運(yùn)用的平安性。第3章線性切割器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)要使線性切割器爆炸后形成的平面射流具有侵徹防盜平安門(mén)的實(shí)力，確保防盜門(mén)的破拆，達(dá)到突入的目的，就必需合理地設(shè)計(jì)聚能切割器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。它包括裝藥的選擇、金屬藥型罩設(shè)計(jì)、炸高的確定、聚能切割器幾何形態(tài)設(shè)計(jì)等，其中金屬藥型罩結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)最為重要。3.1裝藥的選擇炸藥是聚能侵徹防盜門(mén)的能源。聚能裝藥起爆使線性金屬藥型罩向?qū)ΨQ面壓合碰撞，形成射流的侵徹性能主要取決于炸藥爆轟壓力。理論分析和試驗(yàn)結(jié)果表明，聚能射流的侵徹威力隨爆轟壓力的增加而增加。依據(jù)爆炸理論，炸藥的爆轟壓力為:Pc=ρcD2()式（）中，Pc為炸藥的爆轟壓力，ρc為炸藥的裝藥密度，D為炸藥的爆速。由()式可以看出，炸藥的密度和爆速對(duì)爆轟壓力有影響，而且炸藥爆速影響更大。因此，為了提高線性切割器的聚能威力，必需選用爆速較高，猛度較大的炸藥。不同炸藥的成型裝藥侵徹速度不同，由試驗(yàn)得知，爆壓和侵徹深度存在線性關(guān)系，即爆壓越高侵徹深度愈大。在炸藥選定后，盡量提高裝藥密度。另一方面，炸藥的選擇還應(yīng)考慮其成本、加工工藝等因素，綜合考慮炸藥的性能價(jià)格比。表是常用炸藥裝藥密度和爆速的相關(guān)數(shù)據(jù)。表常用炸藥性能表炸藥名稱黑梯60黑梯50TNTRDXρc（g/cm3）1.7201.6461.5911.126D(m/s)7880744069106530考慮炸藥性能、成本和運(yùn)用要求等因素,通常運(yùn)用黑梯60和黑梯50作為線性切割器的裝藥[7]。從表可以得知黑梯60的裝藥密度和爆速均較大，故本課題擬選黑梯60作為欲設(shè)計(jì)的線性切割器的裝藥。線型聚能裝藥按藥型可分為等厚度裝藥和變壁厚裝藥。在同等藥量下，對(duì)同一藥型罩，接受變壁厚裝藥，形成的射流在縱向?qū)a(chǎn)生速度梯度，可以使切割深度大大增加，最大可增加30%。線型聚能裝藥的侵徹深度隨著裝藥底寬和藥頂高的增加而增加，但是要相應(yīng)增加裝藥的重量。隨著藥頂高的增加，射流頭部速度和尾部速度的差值增大，侵徹深度也相應(yīng)增加。當(dāng)藥頂高增加到確定值后，侵徹深度不再增加。本方案接受變壁厚裝藥。3.2金屬藥型罩參數(shù)設(shè)計(jì)藥型罩是聚能裝藥的核心部分。金屬藥型罩的結(jié)構(gòu)是破門(mén)突入的關(guān)鍵，它是形成平面侵徹射流的主要部件。線性藥型罩的材料、幾何形態(tài)及其尺寸等參數(shù)干脆影響射流的性能和質(zhì)量，關(guān)系到破門(mén)的作用效果，因而必需對(duì)其作恰當(dāng)?shù)倪x擇和設(shè)計(jì)。聚能藥形罩的設(shè)計(jì)包括罩材料的選擇、罩型的確定、楔角的設(shè)定、壁厚設(shè)計(jì)。3.2.1藥型罩材料的選用藥型罩材料對(duì)于破甲侵徹效果具有特殊重要的意義，當(dāng)藥形罩被壓合后，形成連續(xù)且不斷裂的射流越長(zhǎng)、密度越大，則破甲越深。由射流侵徹過(guò)程的流體動(dòng)力學(xué)理論可知，侵徹效果和射流長(zhǎng)度及射流密度的平方根成正比。因此，要求藥型罩材料的塑性好，密度大，可壓縮性小。為了使射流形成過(guò)程中的相對(duì)流淌為亞聲速，即相對(duì)速度不大于材料聲速，以保證射流的形成，因此音速過(guò)低的材料不宜作為罩的材料。為了保證有足夠的射流參和侵徹作用，應(yīng)保證射流形成過(guò)程中不汽化。探討和實(shí)踐證明，侵徹性能優(yōu)良的藥型罩材料應(yīng)具有高塑性、高密度和高聲速3個(gè)特點(diǎn)。塑性好的材料易于加工成形，可形成侵徹性能較好的長(zhǎng)射流，而射流的長(zhǎng)度和侵徹深度成正比關(guān)系。此外，總侵徹深度還同射流密度和靶密度之比的平方根成正比關(guān)系，因而藥型罩的密度越高，侵徹深度將越深。材料的聲速越高，射流的伸長(zhǎng)速度越快，有利于射流侵徹裝甲。純銅是傳統(tǒng)的藥型罩材料。90年頭以來(lái)，為了適應(yīng)高侵徹性能空心裝藥戰(zhàn)斗部的發(fā)展，國(guó)外探討了多種單金屬和合金罩材。迄今，單金屬罩材對(duì)提高空心裝藥戰(zhàn)斗部的侵徹性能影響最大，鋁、鈾、鉭、錸和鎳具有較大的應(yīng)用和發(fā)展前景。在合金藥型罩材方面，銅元素和W、Ta、Re等重金屬元素組配成的合金，既有高密度效應(yīng)又有優(yōu)良的塑性。這類新合金拓寬了發(fā)展罩材的思路，是藥型罩材的發(fā)展方向之一。一些這類合金已顯示出良好的侵徹效果。此外，Ta—W及Ni一W萬(wàn)合金罩材也顯示出良好的侵徹性能。國(guó)外還探討了超塑合金和非晶態(tài)合金等合金罩材，但其效果都不明顯。到目前為止，盡管選用以上多種材料皆可制造出性能比較好的藥型罩，但純銅照舊是藥型罩的主要選用材料，也是其他材料不能替代的。這是由于純銅有它自身特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)。那么選用藥型罩材料的基本依據(jù)是什么呢？主要是藥型罩材料的密度、聲速、藥型罩的物理對(duì)稱性和幾何對(duì)稱性是探討者們選用材料時(shí)必需考慮的問(wèn)題，是藥型罩材料技術(shù)的四個(gè)基本要素。藥型罩材料的密度和聲速要素分析。純銅是藥型罩的首選材料，因?yàn)榧冦~具有良好的綜合性能，即塑性好、密度(8.9)和聲速(4.7km/s)較高，最終可獲得延性射流，另外純銅價(jià)格比較低廉，制作比較簡(jiǎn)潔，是其他材料無(wú)法替代的。從材料的角度考慮，始終希望得到密度高于銅的新型藥型罩材料。鉬由于其高聲速(5.14km/s)和較高密度(10.2)的屬性是極優(yōu)秀的聚能裝藥藥型罩材料，為了得到高速連貫的射流頭部材料必需具有高的聲速，為了提高侵徹實(shí)力，要有高的密度材料。美國(guó)陸軍武器探討所和工程中心開(kāi)展了鉬藥型罩材料及其射流特性的試驗(yàn)探討。探討結(jié)果表明，鉬藥型罩射流延性好，射流頭部速度可達(dá)12.5km/s，可和銅藥型罩的射流性能相媲美。把鎢看做有前景的藥型罩材料主要是其具有高的密度，可增加射流密度。另外其聲速高，鎢的聲速為4.03km/s。藥型罩材料聲速越高，射流速度越高，特殊是射流的頭部速度，假如射流具有高的頭部速度，就能獲得更大的侵徹深度，更有效地毀傷靶板。鉭具有更高的密度(16.6)，同時(shí)也具有比較高的聲速(4.5km/s)，是一種主要用于爆炸成型彈丸用的藥型罩材料。雖然許多材料都能制造出性能比較良好的藥型罩，但是紫銅照舊是制造藥型罩材料首選的材料，其具有高的延展性、相對(duì)比較高的密度和聲速，在藥型罩的成型制造過(guò)程中，金屬的流淌性好，易于加工成型，同時(shí)，材料來(lái)源比較廣泛，價(jià)格低廉，其性價(jià)比高于其他金屬[8]。表是確定結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下，不同罩材料藥型罩侵徹深度試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果表明，紫銅藥型罩的侵徹效果最好，其次是鑄鐵、鋼、鋁、鉛。當(dāng)前，聚能裝藥藥型罩所用最好材料是自由氧化的電解銅。生鐵雖然在通常條件下是脆性的，但它在高速、高壓的條件下卻具有良好的可塑性，因而破甲效果也不錯(cuò)。鋁的密度太低，鉛的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都很低，其破甲效果不好。綜上所述，考慮材料成本、材料聲速、易加工性以及材料的侵徹性能等因素，本探討選用紫銅作為金屬藥型罩材料，表不同材料藥型罩侵徹深度試驗(yàn)結(jié)果材料紫銅生鐵鋼鋁鉛侵徹深度（mm）最大值1401211139173最小值10398969170平均值1231111039172其密度ρj為8.9g/cm3。3.2.2藥型罩形態(tài)的確定我們通常把在裝藥表面帶有確定形態(tài)的凹槽，使炸藥爆炸的能量集中，從而提高對(duì)靶的局部破壞作用的效應(yīng)，稱為炸藥的“聚能效應(yīng)”，凹槽稱為“聚能槽”。假如在藥柱的聚能槽表面加上一個(gè)金屬藥型罩，則爆轟產(chǎn)物在推動(dòng)罩壁向軸線運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，將能量傳遞給藥型罩，使能量的極大部分表現(xiàn)為動(dòng)能形式，這樣就避開(kāi)了爆轟產(chǎn)物高壓膨脹引起的能量飛散，使能量更為集中，從而提高了炸藥爆炸的聚能效應(yīng)。在目前眾多關(guān)于有罩聚能裝藥的文獻(xiàn)資料中，藥型罩大多為軸對(duì)稱的圓錐罩、喇叭罩、半球形罩、截錐罩，如圖所示，藥柱裝藥為軸對(duì)稱的柱狀裝藥，起圖常用藥型罩的形態(tài)（a）半球形；（b）截錐形；（c）喇叭形；（d）圓錐形爆方式為中心點(diǎn)起爆。半球形罩能獲得的射流速度太小，破甲效果不明顯。由前可知，侵徹深度和射流有效長(zhǎng)度成正比，而初始長(zhǎng)度取決于藥型罩的母線長(zhǎng)度。在罩底尺寸相同的狀況下，喇叭罩的母線長(zhǎng)度較長(zhǎng)，因此其侵徹效果較好。事實(shí)上，喇叭罩是一個(gè)變錐角的藥型罩，其頂部錐角小，底部錐角大，這有利于提高射流的頭部速度及整個(gè)射流的速度梯度。增加射流速度梯度，對(duì)提高射流有效長(zhǎng)度有利。可試驗(yàn)表明，喇叭形藥型罩增加侵徹效果是有限的，而且其加工工藝比較困難，加工精度要求較高，制造時(shí)很難得到正確的形態(tài)，而制造質(zhì)量對(duì)破甲性能的影響又很大，故在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)覺(jué)，由喇叭形藥形罩得到的破甲深度較圓錐形藥形罩增加的并不顯著，一般狀況下很少用喇叭形藥型罩，而接受錐形罩[9]。圓錐罩能產(chǎn)生一股高溫、高速、高能量密度的聚能破甲射流，但只適用于對(duì)靶目標(biāo)產(chǎn)生局部破壞作用的場(chǎng)合，難以完成大面積切割作業(yè)。對(duì)于線型聚能裝藥有楔形罩和圓形罩等。圓形罩線性裝藥形成的射流質(zhì)量占整個(gè)罩的質(zhì)量的比例要比楔形罩大，這對(duì)切割效果是有利的。而楔形罩在對(duì)稱面碰撞到射流形成有一個(gè)加速的過(guò)程，由此可見(jiàn)，楔形罩的射流速度比圓形罩的射流速度大。并且，楔形罩的杵體運(yùn)動(dòng)方向和射流一樣對(duì)侵徹作用也有確定貢獻(xiàn)。這兩種形態(tài)的藥型罩各有利弊[10]。因本線性聚能切割器要對(duì)防盜門(mén)進(jìn)行大區(qū)域的切割作業(yè)，而且設(shè)計(jì)裝藥形態(tài)為楔形，所以設(shè)計(jì)藥型罩時(shí)提出楔形罩的方案，楔形罩是平面對(duì)稱結(jié)構(gòu)。接受楔形罩的裝藥稱為線型聚能裝藥，也稱平面對(duì)稱型聚能裝藥。由于裝藥是平面對(duì)稱型聚能裝藥，所以炸藥起爆后，沖擊產(chǎn)物擠壓楔形金屬罩，藥型罩內(nèi)壁旁邊金屬能在對(duì)稱平面擠出長(zhǎng)條聚能刀片狀金屬射流，可以對(duì)靶板進(jìn)行大區(qū)域切割作業(yè)[11]。故本課題選用楔形藥型罩。3.2.3藥型罩楔角設(shè)計(jì)無(wú)論從運(yùn)用性能還是生產(chǎn)工藝要求來(lái)看，藥型罩楔角的選擇都是特殊重要的。實(shí)際數(shù)據(jù)表明，最佳炸高隨楔角增加而增大，始終到65o左右，然后又隨楔角的增加而削減。從射流形成理論中射流速度和質(zhì)量公式分析可知，藥型罩楔角存在最佳范圍。當(dāng)楔角小于時(shí)，雖然侵徹深度增大，但相應(yīng)的穿孔直徑削減，后效作用降低，同時(shí)侵徹穩(wěn)定變壞；當(dāng)楔角大于時(shí)，射流形成過(guò)程可能發(fā)生了新的變更，即可能形成爆炸型彈丸，侵徹深度顯著下降，且孔徑增大。所以，應(yīng)依據(jù)應(yīng)付目標(biāo)的特性，選用合適的藥型罩楔角。一般說(shuō)來(lái)，聚能裝藥起爆后，在裝藥中傳播的球面散心波和藥型罩相遇，爆轟產(chǎn)物驅(qū)動(dòng)藥型罩微元加速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)藥型罩微元以壓垮角在軸線匯聚時(shí)，在匯聚處產(chǎn)生高溫高壓；在確定條件下，產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)的射流和低速運(yùn)動(dòng)的杵體。由于射流和杵體的速度相差很大，射流和杵體很快分別，中間形成空隙，后續(xù)壓垮的藥型罩微元在此空隙處匯聚，接著形成射流和杵體。藥型罩連續(xù)壓垮，從而在匯聚過(guò)程中形成連續(xù)的射流和杵體，而射流被不斷拉長(zhǎng)，如圖所示。圖聚能射流示意圖由經(jīng)過(guò)Pugh、Eihcelberger、Roostker等人發(fā)展完善的PER理論認(rèn)為藥型罩的壓垮速度是變更的，從罩頂端原委端是慢慢減小的。如圖所示，這樣罩壁壓垮后，由于P′的速度小于P，當(dāng)P到達(dá)J時(shí)，P′到達(dá)N而不是M，于是形成一條曲線，壓垮角也發(fā)生變更。圖藥型罩幾何關(guān)系及壓垮示意圖由PER理論得出的射流速度和質(zhì)量公式分別為：Vj=V0cos(-α-δ)()Mj=M(1-cosβ)（）式中，α為半楔角，β為壓垮角，δ為變形角（壓垮速度方向和罩平面法向的夾角），V0為壓垮速度，M為金屬罩質(zhì)量。為分析便利，假設(shè)炸藥瞬時(shí)爆轟，罩壁面同時(shí)平行地向軸向壓合。此時(shí)有α=β，δ=0，因而有：Vj=V0cot（）Mj=M·sin2()()由式()可以看出，隨α增加，Vj減小，但Mj增加。試驗(yàn)表明，小楔角時(shí)，射流頭部速度較高，但射流質(zhì)量較小，因此侵徹較深，切口寬度較??；大楔角時(shí)，射流頭部速度較低，射流質(zhì)量較大，因而侵徹深度下降，但切口較寬。盡管線性楔形罩的質(zhì)量是面對(duì)稱分布的，保證形成平面射流條件下，罩的楔角可以做得較大，但當(dāng)α很大時(shí),照舊會(huì)引起藥型罩的翻轉(zhuǎn)而形成彈丸，為保證形成具有足夠速度和質(zhì)量的平面射流，罩的楔角既不能太小，也不能太大。試驗(yàn)探討表明，線性楔形罩的最佳楔角在70o～120o范圍內(nèi)選擇。為了加工便利，在保證運(yùn)用要求的狀況下，本探討課題中楔角2α選為90o。3.2.4藥型罩壁厚設(shè)計(jì)藥型罩的最佳壁厚隨藥型罩材料、楔角、炸藥性能、外殼和炸高等參量的變更而變更，其中外殼和楔角是主要影響因素?？偟恼f(shuō)來(lái)，藥型罩最佳壁厚隨楔角增加而增加，隨外殼的加厚而增加。當(dāng)爆轟壓力沖量足夠大時(shí)，壁厚增加使形成射流的金屬增多，從而提高了射流性能和侵徹實(shí)力。當(dāng)然罩壁厚也不能太大，否則會(huì)使壓垮速度變小，也可能爆炸使罩形成破片，影響射流的正常形成，從而影響破甲作用。試驗(yàn)探討還表明，接受變壁厚藥型罩對(duì)射流性能和侵徹實(shí)力有較大影響[12]。實(shí)際應(yīng)用的閱歷表明，頂部厚、底部薄的藥型罩使侵徹口較大，侵徹深度較??；反之，頂部薄、底部厚的藥型罩，只要壁厚變更適當(dāng)，可提高破甲效果。當(dāng)爆轟產(chǎn)生的壓力沖量足夠大時(shí)，藥型罩的壁厚增加對(duì)提高破甲威力有利。但是，假如截面厚度變更率不當(dāng)，反而會(huì)降低侵徹實(shí)力，而且變壁厚無(wú)疑將加大加工難度，影響加工精度。由于形成金屬射流的金屬為藥型罩內(nèi)層五分之一左右的金屬層，假如金屬藥型罩的罩壁較薄，形成射流的金屬重量就小，造成射流的質(zhì)量密度比較低，有效射流長(zhǎng)度會(huì)減小，藥型罩性能達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求，將干脆影響到破甲彈的破甲性能[13]。依據(jù)實(shí)際須要，結(jié)合大量侵徹試驗(yàn)的結(jié)果，藥型罩的壁厚為0.02～0.03倍罩底寬度時(shí)為最佳。在能滿足要求的前提下，考慮到便于計(jì)算，本探討接受的罩壁為等厚，厚度b為1.5mm。3.3炸高的初步確定炸高是藥型罩底面到侵徹物之間的最短距離。炸高對(duì)切割器的侵徹實(shí)力有很大影響。一方面，炸高增加能使侵徹射流較長(zhǎng)，從而提高侵徹深度；另一方面，炸高增加會(huì)使射流產(chǎn)生徑向分散和搖擺，甚至引起射流斷裂，導(dǎo)致侵徹深度下降。因此必需設(shè)計(jì)線性切割器的最佳炸高。最佳炸高是確定范圍內(nèi)變更的參量，它和藥型罩的楔角大小、罩材料性能、炸藥性能等因素有關(guān)。在相同裝藥種類、裝藥結(jié)構(gòu)、藥型罩材料和藥型罩結(jié)構(gòu)的狀況下，炸高不同，線型聚能切割器的切割實(shí)力也不相同。在裝藥量不變的狀況下，選擇有利炸高可以提高切割器的切割實(shí)力。在滿足確定的切割實(shí)力的狀況下，有利炸高可以削減裝藥量、節(jié)約成本和減輕爆炸對(duì)環(huán)境的影響。眾多學(xué)者通過(guò)理論分析、試驗(yàn)測(cè)定和數(shù)值模擬對(duì)炸高影響線型聚能切割器的切割實(shí)力進(jìn)行了定性和定量的探討，探討成果在確定程度上促進(jìn)了線型聚能切割器的設(shè)計(jì)和切割實(shí)力的評(píng)估。但這些探討成果基本上都是針對(duì)某一特定類型的線型聚能切割器進(jìn)行的，沒(méi)有從基本原理上對(duì)炸高的確定作用給出合理的說(shuō)明，因此其確定的相關(guān)計(jì)算公式不具有普遍性。馬海洋博士等人通過(guò)數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)爆炸切割過(guò)程進(jìn)行真實(shí)再現(xiàn)，說(shuō)明白炸高對(duì)線型聚能切割器切割實(shí)力影響的基本原理，為合理確定線型聚能切割器的有利炸高供應(yīng)一個(gè)有效的方法。他們通過(guò)分析認(rèn)為，小炸高下，影響射流侵徹實(shí)力的主要因素是靶板阻礙了射流的形成。射流頭部起先斷裂時(shí)的位置并不是最有利炸高，最佳炸高應(yīng)當(dāng)存在于射流斷裂后的某一個(gè)位置。把射流起先斷裂之后的適當(dāng)位置作為有利炸高，可以大量節(jié)約試驗(yàn)和數(shù)值模擬的工作量，實(shí)現(xiàn)有利炸高的快速選取。由于裝藥種類、裝藥結(jié)構(gòu)、藥型罩材料及藥型罩形式各不相同，尤其是裝藥和藥型罩的幾何形態(tài)對(duì)射流斷裂影響較大，射流斷裂程度對(duì)于射流侵徹實(shí)力的影響難于把握，因此把射流頭部第2次斷裂時(shí)的位置作為有利炸高是能夠滿足工程要求的[14]。平面對(duì)稱楔型罩的試驗(yàn)探討表明，鋁罩因其延展性好，形成的射流較長(zhǎng)，其有利炸高約為罩底寬度的6～8倍；銅罩的有利炸高約為罩底寬度的6倍左右；一般鋼鐵罩材其有利炸高約為罩底寬度的1～3倍。雖然加工精確的藥型罩的最佳炸高通常大于4倍罩底寬度，但是考慮到金屬罩形態(tài)和尺寸的影響，實(shí)際炸高一般限制在1～3倍罩底寬度之間。此炸高可使侵徹深度足以達(dá)到最佳炸高侵徹深度的90%左右。在某些狀況下，小炸高有確定的優(yōu)越性。綜合上述分析，在確定罩底寬度d為50mm的條件下,炸高H選為30mm是可行的,這有利于侵徹性能的穩(wěn)定性。炸高的精確值會(huì)在后邊的計(jì)算中得到確認(rèn)。3.4切割器幾何形態(tài)設(shè)計(jì)切割器外部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)反恐人員能否短時(shí)間突破防盜門(mén)起著至關(guān)重要的作用。為達(dá)到破門(mén)營(yíng)救人質(zhì)的目的，須要對(duì)線性聚能切割器的整體幾何構(gòu)造進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)綜合防盜門(mén)所處環(huán)境對(duì)破門(mén)系統(tǒng)進(jìn)行全面分析，考慮切割器在作用時(shí)的定位問(wèn)題，以及盡量削減切割器裝藥引爆后給外界造成的損害。設(shè)計(jì)的方案不僅要能滿足反恐救援的要求，還應(yīng)滿足加工簡(jiǎn)潔、造價(jià)成本低以及攜帶便利的要求。隨著城市人口的密集化，一般居民房都為樓梯房或樓道房，入戶門(mén)所在的空間不是很大，不能容納太大的防盜門(mén)破拆機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，故設(shè)計(jì)的破門(mén)系統(tǒng)體積必需相對(duì)較少?，F(xiàn)階段一般的防盜門(mén)破拆機(jī)構(gòu)都設(shè)有支架等系統(tǒng)，不僅須要占用空間，而且攜帶不是很便利。綜合上述因素，考慮到設(shè)計(jì)目的最終要在防盜門(mén)上侵徹出能夠容反恐人員通過(guò)的門(mén)洞，本方案設(shè)定切割器的整體外部結(jié)構(gòu)為框型結(jié)構(gòu)，其作用示意圖如圖所示，外圖線性切割器作用示意圖觀簡(jiǎn)潔卻好用，且連接角設(shè)置為，這樣聚能切割器的連接處可以完全切斷所要切割部位的鋼板[15]。切割器罩底設(shè)計(jì)有磁性材料，能干脆牢靠地吸附在防盜門(mén)門(mén)板上，既能起到固定切割器的作用，同時(shí)還免去了支架系統(tǒng)，節(jié)約了空間，可以為援救任務(wù)節(jié)約時(shí)間。切割器可以沿直角方向進(jìn)行拆解和組合，拆解之后攜帶便利。組合之后可以形成框型結(jié)構(gòu)，作用在防盜門(mén)上能侵徹出長(zhǎng)為1.6m，寬為0.6m的長(zhǎng)方形門(mén)洞，足夠反恐人員快速進(jìn)入室內(nèi)制服疑犯，解救人質(zhì)。起爆裝置接受棱上線性起爆，可以實(shí)現(xiàn)各處同時(shí)起爆，能有效防止起爆不均引起的射流翻轉(zhuǎn)、偏向等現(xiàn)象[16]。在起爆裝置上設(shè)計(jì)遙控接收器件，實(shí)行遙控起爆，可削減炸藥爆炸對(duì)反恐人員造成的次生損害。基本組成如圖所示。圖線性切割器基本結(jié)構(gòu)示意圖切割器外殼材料接受45#鋼。外殼對(duì)侵徹效果的影響是通過(guò)對(duì)爆轟波波形的影響而產(chǎn)生的，主要表現(xiàn)在爆轟波形成的初始階段。如前所述，外殼厚度對(duì)藥型罩的最佳壁厚也有影響，這些影響既有有利的一面，也有不利的一面。一方面，有殼線性聚能裝藥可以減弱稀疏波的作用，有利于提高裝藥能量利用，殼體越厚，裝藥能量利用率越高；另一方面，由于殼體的存在會(huì)引起爆轟波在殼體壁面的反射，從而使壁面旁邊爆轟波能量加強(qiáng)，使側(cè)向爆轟波較中心爆轟波提前到達(dá)藥型罩壁面，造成罩壁受載不勻整，破壞了爆轟波波形，造成射流不集中、不穩(wěn)定，因此使侵徹深度下降。外殼越厚，這種影響越大。考慮上述有利和不利因素，為了存貯、運(yùn)輸和運(yùn)用便利，設(shè)計(jì)線性切割器時(shí)取外殼厚a為2mm。綜上分析，選擇并初步確定線性聚能切割器的一些基本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)列在表中。表線性切割器結(jié)構(gòu)參數(shù)表裝藥參數(shù)罩結(jié)構(gòu)參數(shù)外殼厚度炸高ρc（kg/m3）Pc(Gpa)D(m/s)b（mm）Pj（kg/m3）2α(度)d（mm）a(mm)H(mm)172026.778801.589009050230依據(jù)以上所述，可以得出線性切割器剖面幾何尺寸圖如圖所示。炸高由切割圖線性切割器剖面幾何尺寸圖器底座尺寸確定，確保了組合后各處炸高均等，防止了因切割時(shí)由于炸高不同而引起的侵徹效果不同的一些問(wèn)題。其中在裝藥殼體后構(gòu)建緩沖防護(hù)層，能有效削減炸藥爆炸后產(chǎn)生的爆轟波對(duì)外界的損傷，起到平安防護(hù)的作用。其中圖中尺寸m為73mm，n為85mm，c為11.5m。圖為實(shí)體切割器局部圖。圖聚能切割器實(shí)體局部圖第4章切割器侵徹深度計(jì)算推導(dǎo)由于線性聚能裝藥為面對(duì)稱結(jié)構(gòu),它的射流形成過(guò)程及破門(mén)過(guò)程有其自身特點(diǎn),此時(shí)軸對(duì)稱聚能裝藥侵徹深度計(jì)算公式不能適用,目前尚無(wú)系統(tǒng)完善的計(jì)算理論。本方案依據(jù)爆炸流體動(dòng)力學(xué)理論,推導(dǎo)建立了適用于線性切割器聚能裝藥的半閱歷半理論公式,作為侵徹深度計(jì)算的依據(jù)。依據(jù)這個(gè)理論,聚能裝藥從頂端起爆后,隨著爆轟波的傳播,藥形罩被一層一層壓跨。被壓跨的聚能罩向?qū)ΨQ平面方向運(yùn)動(dòng),在對(duì)稱平面上相遇并發(fā)生碰撞,聚能罩內(nèi)層一部分金屬被擠壓,形成高溫高壓的金屬射流,而聚能罩的外層部分變成杵狀體伴隨金屬射流運(yùn)動(dòng),金屬射流邊向?qū)ΨQ平面擠壓邊拉伸。聚能罩被壓跨時(shí),每個(gè)微元獲得的能量不同,從聚能罩頂部原委部罩微元獲得的能量慢慢削減,因此聚能罩各部分的壓跨速度也慢慢降低。形成的金屬射流也相應(yīng)的產(chǎn)生了一個(gè)速度梯度，使得射流長(zhǎng)度產(chǎn)生差異，導(dǎo)致侵徹深度也隨罩微元位置的不同而發(fā)生變更[17]。4.1罩微元的劃分及數(shù)學(xué)模型的建立分析聚能裝藥爆轟金屬藥型罩的過(guò)程時(shí),可以將整個(gè)金屬藥型罩劃分成若干個(gè)微元,各罩微元在炸藥的爆轟下分別進(jìn)行聚能運(yùn)動(dòng)。如何對(duì)罩微元進(jìn)行劃分是特殊關(guān)鍵的問(wèn)題。微元?jiǎng)澐值暮侠硇?將干脆確定所建立的數(shù)學(xué)模型是否能反映聚能裝藥爆轟和射流形成的物理過(guò)程,也將確定所計(jì)算的射流參數(shù)、及侵徹深度是否合理。分析罩微元的壓垮運(yùn)動(dòng)模型如圖所示?？紤]到設(shè)計(jì)的金屬藥型罩厚度勻整，圖4.1.1罩微元壓垮運(yùn)動(dòng)模型金屬射流雖然由兩側(cè)金屬罩?jǐn)D壓形成，然而楔形罩為平面對(duì)稱結(jié)構(gòu)，依據(jù)流體動(dòng)力學(xué)理論，計(jì)算侵徹深度時(shí)只需分析一側(cè)藥型罩的運(yùn)動(dòng)模型即可。本方案在設(shè)計(jì)時(shí)綜合計(jì)算精度和工作量等方面的因素，將一側(cè)藥型罩等分為10個(gè)微元建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行探討，計(jì)算線性切割器所能侵徹的深度。依據(jù)罩微元壓垮運(yùn)動(dòng)模型，以金屬罩罩頂為原點(diǎn)，罩對(duì)稱平面為z軸建立坐標(biāo)，如圖4.1.2所示。圖切割器數(shù)學(xué)計(jì)算模型4.2藥型罩壓垮速度炸藥爆轟后，沖擊波通過(guò)炸藥沖擊藥型罩，沖擊波之后是高壓爆炸氣體產(chǎn)物。當(dāng)沖擊波產(chǎn)物經(jīng)過(guò)第i微元時(shí)，作用在第i個(gè)微元上的氣體產(chǎn)物壓力將向藥型罩微元傳遞沖擊壓力，依據(jù)動(dòng)量守恒原理，藥型罩將會(huì)獲得一個(gè)速度。依據(jù)定常志向不行壓縮流體理論，可推導(dǎo)出罩微元壓垮速度Voi的計(jì)算公式為：Voi=()式（4.2.1）中，D為炸藥的爆轟速度，其值由表3.1.1給出；A（φi）為爆轟波方向系數(shù)，可由閱歷公式確定：A（φi）=1+cos2φi（）式（）中φi為爆轟波到達(dá)微元i的入射角，即起爆點(diǎn)和罩微元的之間連線和罩微元法線的夾角，如圖4.1.2所示，據(jù)圖可得其計(jì)算式為：（）式（）中，α為藥型罩頂角也就是楔角的一半，x0為起爆位置到罩頂?shù)木嚯x，為了便于加工和計(jì)算，本設(shè)計(jì)將x0的值確定為15mm；x為以罩頂為原點(diǎn)，罩微元i在面對(duì)稱方向的坐標(biāo)，如圖4.1.2所示。式（4.2.1）中，b為罩微元厚度，即藥型罩厚度；Bi為罩微元上有效炸藥厚度，由圖4.1.2可計(jì)算得：（4.2.4）式（4.2.4）中d為金屬罩罩底寬度；s為設(shè)計(jì)計(jì)算給定的值，為了便于加工和計(jì)算，取其值為11mm；f的值由x0確定，計(jì)算公式為：f=(4.2.5)式（4.2.1）中μi為罩微元法向有效裝藥量和罩微元質(zhì)量之比，其大小為：（4.2.6）式（4.2.6）中ρc裝藥密度；ρj為金屬藥型罩密度[18]。4.3變形角當(dāng)炸轟產(chǎn)物作用在罩微元上時(shí)，因爆轟波方向不同，并非垂直作用于藥型罩表面，因此罩微元獲得壓垮速度后并非垂直罩表面運(yùn)動(dòng)，而是和金屬罩表面有個(gè)流淌偏角，稱為變形角。變形角即為微元壓垮速度和罩微元法線的夾角，如圖。依據(jù)圖中幾何學(xué)問(wèn)可得：（）4.4壓垮角壓垮角的正切值事實(shí)上就是變形后罩壁在面對(duì)稱平面的斜率，如圖所示。炸藥在Q點(diǎn)處引爆，以引爆時(shí)作為零時(shí)刻，則爆轟波到達(dá)罩微元A的時(shí)間為：()A點(diǎn)的坐標(biāo)為:()在爆轟波的作用下，罩微元A的速度立刻達(dá)到Voi。且沿著和微元處法線成δ角的方向運(yùn)動(dòng)，在t時(shí)刻該罩微元到達(dá)M點(diǎn)。為了求M點(diǎn)的坐標(biāo)，做直角三角形AMN，明顯AM=Voi(4.4.3)∠MAN==A(4.4.4)則M點(diǎn)坐標(biāo)為（4.4.5）如前所述，壓垮角的正切值事實(shí)上就是變形后罩壁在軸線z的斜率，如罩微元A的壓垮角就是A點(diǎn)到達(dá)軸線z上B點(diǎn)時(shí)，罩壁曲線在B點(diǎn)的斜率。對(duì)于給定的罩微元，它的坐標(biāo)z、y還隨時(shí)間t而變更。故斜率要用偏導(dǎo)數(shù)表示。將罩壁坐標(biāo)，即式（4.4.5）中z、y分別對(duì)x取偏導(dǎo)數(shù)（4.4.6）式中（4.4.7）將式（4.4.6）除以式（4.4.7）得（4.4.8）這就是變形運(yùn)動(dòng)中罩微元A到達(dá)M點(diǎn)時(shí)斜率的表達(dá)式。令式（4.4.5）中的y=0，得到（4.4.9）將式（4.4.9）代入式（4.4.8），即得到y(tǒng)=0處的斜率，也就是壓垮角的的正切值[19]（4.4.10）式（4.4.10）中可由式（4.2.1）對(duì)x求偏導(dǎo)得到；可由式（4.3.1）及式（4.4.4）結(jié)合對(duì)x求偏導(dǎo)得到；的值可推導(dǎo)如下：由圖4.1.2可得（4.4.11）由式（4.4.1）可知故可得（4.4.12）最終可由式（4.4.10）求得壓垮角（4.4.13）4.5射流微元相關(guān)計(jì)算（1）射流速度依據(jù)定常志向不行壓縮流體力學(xué)理論，考察楔形罩的變形過(guò)程。OC為罩壁初始位置，為半楔角。當(dāng)爆轟波到達(dá)微元A點(diǎn)時(shí)，A點(diǎn)起先運(yùn)動(dòng)，設(shè)其速度為V0（稱為壓垮速度），其方向和罩內(nèi)表面外法線成角(稱為變形角)。A點(diǎn)到達(dá)軸線時(shí)，爆轟波到達(dá)C點(diǎn)，AC段運(yùn)動(dòng)到了BC位置，BC和軸線的夾角稱為壓合角或壓垮角。假設(shè)：爆轟波到達(dá)罩面后，罩上微元立刻達(dá)到壓垮速度V0，并以不變的大小和方向運(yùn)動(dòng)；罩壁各層的速度是勻整的，都是V0；罩上各微元的壓垮速度V0及變形角相等；變形過(guò)程中罩壁長(zhǎng)度不變，即；罩材料當(dāng)作志向不行壓縮流體；爆轟波掃過(guò)罩壁的速度不變。依據(jù)上述假設(shè)，變形后的罩壁BC應(yīng)為直線。過(guò)C點(diǎn)作AB的垂線CF，則∠ACF=δ，因是等腰三角形，故同理可知?jiǎng)tAE平行于CB，，即罩上各微元的壓垮角相等。當(dāng)罩上微元G點(diǎn)在E點(diǎn)處碰撞時(shí)，爆轟波到達(dá)A點(diǎn)，當(dāng)爆轟波到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，微元從A點(diǎn)到達(dá)軸線B點(diǎn)，此時(shí)碰撞點(diǎn)從E點(diǎn)到B點(diǎn)。設(shè)碰撞點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度為V1，則碰撞點(diǎn)旁邊的圖形如圖所示。裝藥爆炸后，罩壁以壓跨速度向軸線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它到達(dá)碰撞點(diǎn)時(shí)，分成杵和射流兩部分，杵以速度Vs運(yùn)動(dòng)，射流以速度Vj運(yùn)動(dòng)，碰撞點(diǎn)以速度V1運(yùn)動(dòng)，即靜坐標(biāo)下射流圖射流形成的定常流淌模型和杵體的速度模型，如圖4.5.2所示。圖靜坐標(biāo)下射流和杵體示意圖假如站在碰撞點(diǎn)視察，以V1的速度和碰撞點(diǎn)一起運(yùn)動(dòng)，則可看到罩壁以相對(duì)速度V2向碰撞點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，然后分成兩股:一股向碰撞點(diǎn)左方離去，另一股向碰撞點(diǎn)右方離去，相當(dāng)于把各個(gè)運(yùn)動(dòng)加上一個(gè)速度V1的狀況，稱為動(dòng)坐標(biāo)，如圖4.5.3所示。圖動(dòng)坐標(biāo)下射流和杵體示意圖在動(dòng)坐標(biāo)時(shí)，把罩壁碰撞形成射流和杵的過(guò)程描述成定常流淌，罩壁外層向碰撞點(diǎn)左方運(yùn)動(dòng)，成為杵，罩壁內(nèi)層向碰撞點(diǎn)右方運(yùn)動(dòng)，成為射流。依據(jù)流體力學(xué)定常志向不行壓縮流體可用伯努里方程描述，即流體各處的壓力和單位體積動(dòng)能的總和為常量，對(duì)于杵上P點(diǎn)和罩壁外層Q點(diǎn)，有下式:（）其中PP和PQ為流體中P點(diǎn)和Q點(diǎn)的靜壓力，為金屬射流密度，為杵的密度。因?yàn)樗點(diǎn)和Q點(diǎn)距碰撞點(diǎn)E很遠(yuǎn)，因此可忽視碰撞點(diǎn)的影響，則其靜壓力應(yīng)和四周的氣壓相等，而P點(diǎn)和Q點(diǎn)四周的爆轟產(chǎn)物壓力，在膨脹過(guò)程中，可以認(rèn)為是相等的，即二點(diǎn)的靜壓相等；由不行壓假設(shè)，罩壁密度和杵體的密度也是相等的，所以，由式（）可得（）在動(dòng)坐標(biāo)下，罩壁以速度V2流向碰撞點(diǎn)，仍以速度V2向左和向右離去，取向右為正，向左為負(fù)。在靜坐標(biāo)中，只要加上一個(gè)動(dòng)坐標(biāo)的速度(碰撞點(diǎn)速度)V1就行了，則可得：射流速度：()杵體速度：（）設(shè)罩微元的質(zhì)量為M，射流微元的質(zhì)量為Mj，杵體的質(zhì)量為Ms，有質(zhì)量守恒條件知()由軸線上的動(dòng)量守恒條件還可得（）將式（）和式（）聯(lián)立得（）（）式（）、（）和（）是在動(dòng)坐標(biāo)下得到的，但式中不含速度項(xiàng)，不用變換就適用于靜坐標(biāo)下的狀況。對(duì)于碰撞點(diǎn)速度V1和罩壁相對(duì)速度V2，可以在中利用正弦定律求得：（）（）（）將其代入式（）、式（），可得出射流和杵體的速度表達(dá)式：（）（）對(duì)于某一射流微元i，其射流速度可表示為：（）（2）射流微元初始長(zhǎng)度依據(jù)圖，當(dāng)爆轟波到達(dá)罩微元時(shí)，微元上頭部點(diǎn)1首先受到?jīng)_擊獲得壓垮速度，向?qū)ΨQ平面運(yùn)動(dòng)，并在擠壓過(guò)程中形成射流微元頭部。當(dāng)爆轟波到達(dá)罩微元尾部點(diǎn)2時(shí)，點(diǎn)2才起先運(yùn)動(dòng)，最終被擠壓形成射流微元尾部。由于罩微元頭部和尾部所處的位置不同，炸藥爆轟后獲得的壓垮速度也不相同，故罩微元頭部和尾部到達(dá)對(duì)稱平面的時(shí)間也不同，罩微元頭部首先到達(dá)對(duì)稱平面，并接著向前高速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)罩微元尾部到達(dá)對(duì)稱平面時(shí)，形成最初的射流微元[20]。由圖和圖可推導(dǎo)出射流微元初始長(zhǎng)度的計(jì)算公式為：（）式（）中，Vj1為射流微元頭部射流速度，它對(duì)侵徹深度影響極大，可由式（）計(jì)算得出；Vo2為罩微元尾部壓垮速度，可由式（）計(jì)算得到；l0為罩微元的初始長(zhǎng)度，因本方案沿罩母線分金屬罩為10個(gè)微元，所以罩微元的初始長(zhǎng)度即為罩母線的特殊之一，故其值為：（4.5.16）（3）射流微元侵徹前的有效長(zhǎng)度由前面式（）可以求得射流微元初始長(zhǎng)度。依據(jù)射流形成的原始理論，在圖射流隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng)過(guò)程爆轟產(chǎn)物的作用下，金屬藥型罩?jǐn)D壓形成的射流長(zhǎng)度要大于杵體長(zhǎng)度好幾倍。依據(jù)圖，由于起爆中心到達(dá)罩微元頭部和尾部的時(shí)間不同，使得罩微元頭部和尾部獲得的壓垮速度不同，并且從罩頂?shù)秸值壮侍荻冗f減。因此罩微元上各點(diǎn)以各自的壓垮速度向?qū)ΨQ平面運(yùn)動(dòng)，始終到達(dá)對(duì)稱平面為止。而此時(shí)形成的初始射流微元上各點(diǎn)的射流速度各不相同，也存在速度梯度。很明顯，射流微元頭部的射流速度要比其尾部的射流速度大，所以當(dāng)射流微元沿直線前進(jìn)時(shí)，會(huì)隨時(shí)間而慢慢被拉長(zhǎng)，如圖所示。在到達(dá)靶板時(shí)達(dá)到最長(zhǎng)，也就是侵徹前的有效長(zhǎng)度。綜上所述，結(jié)合圖，射流微元有效長(zhǎng)度的計(jì)算公式可推導(dǎo)為：（）式（）中，為前個(gè)射流微元侵徹深度之和，、分別為射流微元頭部和尾部速度，可由式（）計(jì)算得出。為射流微元初始長(zhǎng)度到罩底的距離，可由圖推導(dǎo)求得：（）（4）射流微元侵徹深度試驗(yàn)探討表明，當(dāng)射流速度較高時(shí)，即達(dá)到射流臨界破甲速度Vk的2.6倍時(shí)，可以不考慮靶板強(qiáng)度，侵徹深度按志向不行壓縮流體定常條件來(lái)計(jì)算。對(duì)于線性聚能裝藥，由式（）計(jì)算的射流微元平均速度Vj通常小于2.6Vk，故其侵徹深度Li由閱歷公式計(jì)算：（）式（）中，和分別為靶板和金屬藥型罩的材料密度；Vj取射流微元中點(diǎn)射流速度，由式（4.5.14）計(jì)算得出；K[21]。表系數(shù)K和炸高H的關(guān)系H（mm）0102030405060K0.6270.7230.8241.2041.0830.9050.821式（）中，Vk為射流臨界侵徹速度，不同靶板的抗射流侵徹實(shí)力是用來(lái)探討破甲機(jī)理的重要課題之一，而射流的破甲臨界速度是推斷靶板材料的特征量，同時(shí)又是確定射流對(duì)某種靶板材料最大可能穿深的主要參數(shù)之一。由于靶板有強(qiáng)度，當(dāng)射流速度低到某確定值時(shí)，將無(wú)法克服靶板抗力而停止侵徹。這確定值就是射流臨界速度。它的值跟靶板材料和射流材料有關(guān)：（4.5.20）4.6切割器侵徹總深度由前可知，本方案在計(jì)算切割器侵徹總深度時(shí)，考慮計(jì)算量的問(wèn)題，只將金屬罩沿其母線等分為10個(gè)罩微元進(jìn)行探討。通過(guò)上面給出的公式，可分別算出每個(gè)微元的壓垮速度、變形角、壓垮角、射流速度、射流微元初始長(zhǎng)度、射流微元侵徹前有效長(zhǎng)度及射流微元侵徹深度的相對(duì)應(yīng)的數(shù)值。最終我們要求射流侵徹總深度，也就是這章要求的線性聚能切割器的總侵徹深度，可由每個(gè)射流微元的侵徹深度相加得出，即（4.6.1）第5章數(shù)值計(jì)算處理及結(jié)果分析5.1數(shù)值計(jì)算軟件MATLAB簡(jiǎn)介上述章節(jié)通過(guò)設(shè)計(jì)分析，確定了線性聚能切割器的裝藥尺寸及結(jié)構(gòu)尺寸，并推導(dǎo)出炸藥爆轟后金屬罩運(yùn)動(dòng)各階段的計(jì)算公式。目前要解決的問(wèn)題就是通過(guò)計(jì)算確定線性切割器的炸高，驗(yàn)證前面設(shè)計(jì)的裝藥尺寸及結(jié)構(gòu)尺寸是否能達(dá)到預(yù)期的目的。前面在第3章中初步確定了炸高H的值為30mm，但是否為最佳炸高，是否能侵徹出我們破門(mén)須要的深度，須要通過(guò)計(jì)算進(jìn)行確定和驗(yàn)證。因?yàn)橛?jì)算線性切割器總侵徹深度的計(jì)算公式都比較困難，所以選取一套能簡(jiǎn)化計(jì)算的方案尤其重要。由第4章可以了解到在計(jì)算線性聚能切割器總侵徹深度時(shí)，是以劃分微元的形式進(jìn)行的，也就是說(shuō)要計(jì)算總的侵徹深度，必需先對(duì)每一個(gè)微元分別進(jìn)行計(jì)算。由于計(jì)算每個(gè)微元侵徹深度的計(jì)算公式都特殊困難，如式（4.4.13）中，既有基本的加減乘除，還涉及到三角函數(shù)及對(duì)函數(shù)求偏導(dǎo)等算法。假如只用一般的計(jì)算方法，很難計(jì)算出精確的結(jié)果，而且工作量將極其浩大?？紤]到這方面的因素，在計(jì)算相關(guān)的具體數(shù)值時(shí)，將借助數(shù)值計(jì)算軟件MATLAB進(jìn)行幫助計(jì)算。MATLAB的名稱源自MatrixLaboratory，是20世紀(jì)末至今的大型科學(xué)工程計(jì)算軟件的優(yōu)秀代表，閱歷了10多年的補(bǔ)充、完善和幾個(gè)版本的升級(jí)換代，已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)內(nèi)容極為豐富的浩大系統(tǒng)，它是一種科學(xué)計(jì)算軟件，特地以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。MATLAB將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一起，并供應(yīng)了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、限制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作。其數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)包括了大量的數(shù)學(xué)計(jì)算方法，從加減乘除等基本運(yùn)算，到正弦余弦等三角函數(shù)運(yùn)算，更有矩陣求逆、傅立葉變換等困難算法。它供應(yīng)了基本的數(shù)學(xué)算法，例如矩陣運(yùn)算、數(shù)值分析算法，MATLAB集成了2D和3D圖形功能，以完成相應(yīng)數(shù)值可視化的工作，并且供應(yīng)了一種交互式的高級(jí)編程語(yǔ)言——M語(yǔ)言，利用M語(yǔ)言可以通過(guò)編寫(xiě)腳本或者函數(shù)文件實(shí)現(xiàn)用戶自己的算法。確定了計(jì)算方案，在對(duì)線性切割器侵徹深度進(jìn)行計(jì)算時(shí)，只需將上述章節(jié)中推導(dǎo)出來(lái)的計(jì)算公式在MATLAB軟件中建立M文件進(jìn)行集成編譯，輸入已知量的數(shù)值，就可以在調(diào)試環(huán)境中進(jìn)行調(diào)試，運(yùn)行得出相應(yīng)未知量的數(shù)值。這樣就免去了常規(guī)計(jì)算中困難的計(jì)算過(guò)程，干脆可以得出想要的計(jì)算結(jié)果。計(jì)算不同微元的相應(yīng)值時(shí)，只需變更已知量的賦值即可。由于計(jì)算公式中有些特殊的字符如“”、“”、“”等在M文件編輯器中沒(méi)有定義，所以在編輯時(shí)做了相關(guān)的一些變形，以便能正確得到調(diào)試結(jié)果。如將“”用字母“e”代替、“”用字母“g”代替、“”用字母“c”代替、“”用字母“p”代替等等。在編寫(xiě)基本數(shù)組函數(shù)符號(hào)時(shí)也變換為MATLAB支持的形式，以免運(yùn)行時(shí)出錯(cuò)。MATLAB的工作界面如圖5.1.1所示。圖5.1.1MATLAB工作界面5.2數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析在上一節(jié)中確定了計(jì)算線性聚能切割器侵徹深度的計(jì)算方案，接下來(lái)要進(jìn)行的工作就是對(duì)得出的數(shù)值進(jìn)行處理和分析，驗(yàn)證方案是否可行。各微元的爆轟波入射角φi、壓垮速度Voi、變形角、壓垮角、射流速度、射流微元初始長(zhǎng)度的數(shù)值可分別通過(guò)式（）、式（4.2.1）、式（）、式（4.4.13）、式（）、式（）及相關(guān)公式求得。將上述公式在MATLAB數(shù)值計(jì)算軟件中編成M文件運(yùn)行得出的相應(yīng)數(shù)值如表5.2.1所示。表5.2.1、、、、、數(shù)值表微元號(hào)0453021.97.792260.5855534.911.2549.42920.98.090263.2435184.44.47312.553.132833.68.267865.2314919.323.7556.312758.78.376666.6464717.34.1649559.0382694.68.428267.6264561.136.2561.3872639.38.456968.2914437.83.96997.563.4322591.48.456968.7434337.848.7565.2262549.48.445469.0764254.03.85851066.8012511.98.422569.3454181.2511.2568.1992478.18.393869.6094115.13.803312.569.4422446.98.359569.9074052.4613.7570.562417.78.319370.293990.33.78821571.5622389.68.267870.803926.1716.2572.4732362.28.216271.4883857.23.808517.573.2982334.78.158972.4053781.0818.7574.0552306.58.090273.6373694.63.86792074.7422276.88.0175.2813594.7921.2575.3782244.87.92477.4873477.63.981522.575.9632209.37.815180.4433339.01023.7576.5072168.97.689184.4023174.94.17452577.0062121.57.534489.6852981.5從表中數(shù)據(jù)可知，微元從罩頂?shù)秸值?，爆轟波入射角慢慢增大，壓垮速度慢慢減小，變形角先增大后減小，壓垮角始終增大，射流速度慢慢削減，射流微元初始長(zhǎng)度先減小后增大，符合設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)下線性聚能切割器射流形成原理，因此計(jì)算數(shù)值是符合理論分析的。將表5.2.1中的數(shù)值代入式（）、式（）中，可分別求得射流微元侵徹前有效長(zhǎng)度、射流微元侵徹深度。為了確定最佳炸高，在此分別求出不同炸高下各微元的侵徹前有效長(zhǎng)度和射流侵徹深度，以便最終求得線性聚能切割器總侵徹深度進(jìn)行比對(duì)。微元侵徹前有效長(zhǎng)度計(jì)算數(shù)值如表所示，表中炸高H和微元侵徹前有效長(zhǎng)度的單位均為mm。表5.2.2各炸高下微元侵徹前有效長(zhǎng)度數(shù)值微元H010203040506013.76904.88125.99357.10578.21799.330110.442323.46924.28125.12776.28696.98267.56498.796433.33593.92964.56485.60586.03866.33346.756043.26393.73294.24295.18295.47165.62145.904853.18493.60974.07695.01465.23315.30605.524763.04803.50164.00525.08725.27895.29795.496172.79173.35743.99125.43755.62835.58375.791182.32093.11214.00846.17796.37966.22216.459791.45782.65384.02967.58037.78347.39007.6706100.09691.78433.999910.175210.31339.39969.7103由表5.2.2分析可知，同一炸高的狀況下：對(duì)于小炸高，微元從罩頂?shù)秸值祝纬傻纳淞髟谇謴厍暗挠行чL(zhǎng)度慢慢減??；對(duì)于中大炸高，從罩頂?shù)秸值?，侵徹深度先減小后增大。同一微元，隨著炸高的增大，形成的射流在侵徹前的有效長(zhǎng)度慢慢增大，符合炸高越大，射流被拉的越長(zhǎng)這一理論分析。其中有個(gè)別出現(xiàn)反差現(xiàn)象，這表明射流在侵徹前的有效長(zhǎng)度不僅和炸高有關(guān)，還和微元所處位置及裝藥厚度有關(guān)，也就是和微元獲得的壓垮速度有關(guān)。射流微元的侵徹深度和炸高H也有關(guān)系，它們對(duì)應(yīng)的數(shù)值關(guān)系分別列在表5.2.3中。同一微元，隨著炸高的增大，其射流侵徹深度先增大后減小。同一炸高：小炸高情表5.2.3各炸高下射流微元侵徹深度相應(yīng)數(shù)值微元H010203040506010.81781.96963.59509.51399.06827.06566.202520.75361.72883.07778.42307.71005.73255.228530.72521.58782.74137.51426.67094.80174.017740.71001.50902.54906.94996.04674.26343.512950.69321.45972.45016.72645.78504.02553.287960.66371.41662.40786.82595.83744.02063.271970.60831.35882.40037.29866.22604.23913.448980.50611.26032.41198.29677.06064.72613.849190.31831.07572.426610.18818.62105.61774.5744100.02120.72452.412213.694711.43877.15525.7992況下，從罩頂?shù)皆Ｎ⒃謴厣疃嚷郎p?。恢写笳ǜ郀顩r下，從罩頂?shù)秸值?，微元侵徹深度先減小后增大。將其變更規(guī)律用曲線可以表示為圖5.2.1所示。圖5.2.1射流微元侵徹深度和炸高關(guān)系曲線圖從圖5.2.1中可知，在本設(shè)計(jì)的確定的裝藥尺寸和結(jié)構(gòu)尺寸下，炸高H為30mm左右時(shí)，線性切割器聚能效應(yīng)最佳，能獲得較大的侵徹深度。依據(jù)表5.2.3，結(jié)合式（4.6.1）可以計(jì)算出設(shè)計(jì)的線性聚能切割器在不同炸高下的總侵徹深度，如表5.2.4所示。表5.2.4不同炸高下的總侵徹深度H/mm0102030405060L/mm5.817414.090826.471985.431474.464551.647443.193從表5.2.4中分析可知，本方案設(shè)計(jì)的線性聚能切割器在炸高H為30mm時(shí)能獲得最佳聚能切割效果，其切割侵徹深度L為85.4314mm，在防盜門(mén)門(mén)扇總厚度為90mm，前板為0.8mm冷軋鋼板，后板為0.6mm冷軋鋼板，中間內(nèi)襯鋼柱和鋼板，填充國(guó)標(biāo)蜂窩紙等材料的狀況下，完成破門(mén)突入的任務(wù)是完全可行的。通過(guò)理論分析和計(jì)算結(jié)果，表明白本方案設(shè)計(jì)的線性聚能切割器已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)的指標(biāo)要求。結(jié)束語(yǔ)本文是關(guān)于防盜門(mén)破拆機(jī)構(gòu)——小型線性聚能切割器結(jié)構(gòu)參數(shù)的探討和設(shè)計(jì)。目前，關(guān)于聚能切割技術(shù)在國(guó)外相對(duì)比較成熟。而國(guó)內(nèi)則起步較晚，目前只有少數(shù)幾家單位擁有這項(xiàng)技術(shù)。針對(duì)當(dāng)今社會(huì)反恐救援任務(wù)的需求，在現(xiàn)有防盜門(mén)破拆機(jī)構(gòu)及手段不是很完善的基礎(chǔ)上，本文以國(guó)內(nèi)丁級(jí)防盜門(mén)作為目標(biāo)對(duì)象對(duì)線性聚能切割器的研制進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)聚能射流進(jìn)行了理論分析和數(shù)值計(jì)算，選用設(shè)計(jì)了比較合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)，取得了階段性的成果。本文的探討工作主要分為兩部分：理論分析和數(shù)值計(jì)算。通過(guò)理論分析，確定了聚能切割器裝藥為黑梯60，裝藥方式為變壁厚裝藥；