2.1.1　破片战斗部的设计

惰性材料（如钨合金、钢等）破片战斗部依靠具有一定动能的多个破片直接命中目标要害部位，以便有效地摧毁目标。破片的截面形状广泛采用菱形、平行四边形、正方形或矩形等。破片分为随机破片（自然破片）、预控破片、预制破片（如钨合金球、钢珠等）。战斗部的允许设计质量mw确定后，进行初步结构预定，战斗部的长径一般取2～3，特殊情况也不得小于1.8；战斗部装药质量（me）与相应的产生杀伤破片的壳体质量（ms）之比一般取0.6～0.7。这样有利于爆炸能量的分配和有效破片的形成。破片战斗部主要威力参数包括威力半径、有效破片数、破片密度、破片质量、破片静态飞散与方位角、破片初速等。图2.1.1是预制破片飞散图。

图2.1.1　预制破片飞散图

进行主要参数估算，初步设计只反映其主要参数的基本关系，完成结构设计后，再进行较精确的验算，有时需反复修改，直到试样阶段结束。

1.破片初速按下式计算

假设炸药能量均转化成破片以及爆轰产物的动能，壳体爆炸驱动后形成的破片具有相同的初速，同时假设爆轰产物对破片继续做功，最终破片的初速为增加到v0，中心处爆轰产物速度降到0，Ekg为某一爆轰产物的虚拟质量mi以初速v0飞散的动能，故有

式中，me、ms、Qe、Ui、Eks、Ekg分别为炸药装药的质量、壳体的质量、单位质量炸药装药的化学能、爆轰产物的状态内能、形成破片的动能、爆轰产物的动能，对于圆柱形战斗部mi＝0.5me。通过上述能量守恒过程，由哥尼（Gurney）公式计算破片初速：

其中，称为炸药的哥尼速度，常用的哥尼速度见表2.1.1。

表2.1.1　常用炸药哥尼常数值

续表

对于预制破片战斗部，由于增加了预制破片层，壳体较薄，壳体破裂的时间较早，其破片速度和自然破片战斗部相比稍低，通常对哥尼公式进行修正用于估算预制破片的初速，其形式如下：

其中，η为试验修正系数，其值一般取0.8～0.9。

Charran引入F（Z）修正哥尼公式根据炸药理论，E和爆速D的关系：

式中，γ取3。

已知壳体以及装药相关参数，可得壳体爆炸驱动后不同位置处破片初速：

式中，F（Z）＝1-（1-min｛Z/（2r），1.0，（l-Z）/（2r）｝），其中Z、r、l分别为破片初始轴向位置，起爆点位置处Z＝0；炸药装药半径；炸药装药长度。

计算破片初速也可按下式计算：

式中，Q为装药的爆热，J/kg。

2.威力半径处破片密度计算

式中，ργ为威力半径处破片密度，m-2；N为理论破片数；Rw为威力半径，m；φ为破片飞散角，（°）；λ为计算常数，λ＝57.3°。

3.威力半径处破片存速计算

式中，vR为威力半径处破片存速，m/s；k为破片速度衰减系数，1/m。

k由以下经验公式计算：

式中，mf为单枚破片质量；H（Y）为高度Y处的空气密度与海平面的空气密度之比。

破片速度衰减系数k也可按下式计算：(https://www.daowen.com)

式中，Cx为空气迎风阻力系数；ρ0为空气密度；S为单枚破片最大迎风面积，m2。

阻力系数Cx与破片的形状及速度有关。不同形状的破片，在同一马赫数Ma的条件下，Cx值是不同的。对于形状已确定的破片，Cx是马赫数Ma的函数。由风洞试验结果可知：当Ma＞1.5时，Cx随Ma的增加而缓慢下降。各种形状破片的Cx公式为：

球形破片

Cx（M）＝0.97

立方形破片

圆柱形破片

菱形破片

Cx＝1.45-0.0389Ma

当Ma＞3时，Cx一般取常数，其值见表2.1.2。

表2.1.2　Ma＞3时各种类型破片的速度衰减系数

4.强度计算

杀爆战斗部是利用爆炸产生的破片、爆炸产物及爆炸冲击波毁伤目标的，战斗部的毁伤威力主要取决于合理的战斗部总体结构设计、高威力炸药、壳体（弹体）材料的选择三个方面。例如设计预制破片结构提高战斗部威力效能，预制破片可采用活性材料制备（活性破片），使战斗部的毁伤效能获得大幅度提高。由于战斗部结构已经发生了改变，所以要对改装后的壳体进行发射强度计算。发射时弹体强度计算，实质上就是在求得弹体内各处应力的条件下，根据有关强度理论对弹体进行校核。弹体强度校核的标准有两类：一类是用应力表示，即按照不同强度理论计算弹体上各断面的相当应力，然后与弹体材料的许用应力相比较；另一类是用变形表示，即按照不同的理论公式或经验公式计算某几个断面上的变形和残余变形，然后与战术技术要求的变形值相比较。由于所用的弹体只有放置预制破片的地方弹壁变薄，所以只计算这个地方的发射强度。

弹丸在膛内做加速运动时，整个弹丸各零件上均作用有轴向惯性力；旋转弹丸还产生径向惯性力与切向惯性力。轴向惯性力Fn与切向惯性力Ft相比较，后者较小；在极限条件下，其值也不超过前者的1/10，即Ft≈0.1Fn。故在强度计算时，切向惯性力可以略去。至于径向惯性力Fr，虽然与Fn变化不同步，但就其最大值而言，仍然小于轴向惯性力，因此计算最大膛压时弹丸的发射强度，也可以略去径向惯性力。n—n割截弹体如图2.1.2所示。