3.2　活性材料爆破战斗部结构设计

活性材料是一种同时具备结构特性和化学反应释能特性的新型材料，它们正逐渐广泛应用于国防和军事领域。如将传统惰性材料壳体替换成具备结构强度和化学反应释能特性的活性材料，在保证弹药战斗部结构强度的同时，活性材料壳体参与爆炸反应，可大幅度提高战斗部的爆炸威力，对提高威力场毁伤能力具有重要意义。活性材料壳体装药发生爆轰时，爆轰产物与活性材料开始膨胀，膨胀过程中能量持续释放，释放的一部分能量对形成的空气冲击波产生一定的强化作用，提高了空气冲击波超压，即压力场增强。

为了使活性材料参与爆炸反应，需要结合活性材料释放能量的大小、加工工艺以及爆炸环境选择活性材料。根据活性材料燃烧热的大小及使用环境，选择合金熔炼铸造工艺制备了含铝、镁、锆为主要元素的活性材料壳体。活性材料以反应过程是否需要氧，可分为厌氧反应类型、氧平衡反应类型、富氧反应类型三种。Al/PTFE、Al/Ni典型活性材料为氧平衡反应类型，冲击诱发组分间发生化学反应。活性材料壳体爆炸驱动试验结果表明：与惰性材料相比，氧平衡反应类型的Al/PTFE、Al/Ni典型活性材料爆炸驱动反应释能行为存在显著差异。然而，针对富氧反应类型（组分与环境间发生化学反应），采用合金熔炼铸造工艺制备的活性材料强度已经可以达到数百兆帕，高强度意味着该类材料可用作结构材料，使一些弹药“惰性”部件或结构件能量化，可以将战斗部中传统2A12铝合金材料（2A12铝合金为可热处理的强化铝合金，具有良好的塑性成型能力和机械加工性能，是航天、航空、军工领域常用材料）壳体替换成活性材料壳体，爆炸驱动下可能发生化学反应，增强战斗部能量输出。(https://www.daowen.com)

在爆炸载荷下，传统的铝制壳体几乎没有消耗存储在材料中的能量。此外，铝制壳体能够产生大的破片（大约毫米级别），这些破片很难点燃、毁伤远距离目标，从而不会对初始爆炸产生额外的强化作用。国外已研发了Al/Mg基活性材料壳体，然而壳体未参与爆炸反应，未能提高冲击波超压峰值等威力性能。随着惰性壳体厚度增加，炸药释放出的能量消耗于壳体的变形、破碎和破片的飞散增加，消耗于爆炸产物的膨胀和形成空气冲击波的能量减小。因此，增加惰性壳体厚度，空气冲击波超压峰值要减小。与惰性壳体相比，由活性材料壳体产生的破片不仅可以产生动能损伤，还可以将这种动能与破片冲击时快速化学反应产生的二次能量释放耦合，对空气冲击波产生额外的强化作用。活性材料厚度越大，意味着壳体蕴含的化学能越高，但同时需要消耗更多炸药爆轰的能量用于破片成型和活性反应激活。