形成條件
當裝藥凹槽內表面襯上一個藥形罩時,裝藥爆轟後,凹槽附近炸藥爆炸的能量就會傳遞給藥形罩,使藥形罩以很大的速度向軸線運動,此時,藥型罩在高溫高壓的爆轟產物的作用下,形成金屬桿,可以看作流體。其中,藥型罩的內表面形成細長的金屬射流,藥型罩外表面形成杵體。藥型罩壓垮並產生射流的過程,射流吸收的爆炸能量不會象爆炸產物那樣再散失掉。金屬桿在軸向上存在速度梯度,從而,引起了金屬射流在飛行過程中拉斷現象。炸藥性能和重量、裝藥結構、起爆方式、藥型罩材料及其幾何尺寸等對金屬流的形成和侵徹具有顯著影響。
圓柱形藥柱爆轟後,爆轟產物沿近似垂直原藥柱表面的方向,向四周飛散,作用於鋼板部分的僅僅是藥柱端部的爆轟產物,作用的面積等於藥柱端面積。帶錐孔的圓柱形藥柱則不同:錐孔部分的爆轟產物飛散時,先向軸線集中,匯聚成一股速度和壓力都很高的氣流,稱為聚能氣流。爆轟產物的能量集中在較小的面積上,在鋼板上就打出了更深的孔,這就是錐形孔能夠提高破壞作用的原因。
因素
錐孔處爆轟產物向軸線匯聚時,有兩個因素在起作用:
1. 爆轟產物質點以一定速度沿近似垂直於錐面的方向向軸線匯聚,使能量集中;
2. 爆轟產物的壓力本來就很高,匯聚是在軸線處形成更高的壓力區,高壓迫使爆轟產物向周圍低壓區膨脹,使能量分散。
由於上述兩因素的綜合作用,氣流不能無限的集中,而在離藥柱端面某一距離處達到最大的集中,以後則又迅速飛散開了。
提高方法
為了提高聚能效應,就應設法避免高壓膨脹引起能量分散而不利於能量集中的因素,對於聚能作用,能量集中的程度可用單位體積能量,即能量密度來做比較。爆轟波的能量中,位能占3/4,動能占1/4。而聚能過程,動能是能夠集中的,位能則不能集中,反而起分散作用,所以,聚能氣流的能量集中程度不是很高的。如果設法把能量儘可能轉換成動能的形式,就能大大提高能量的集中程度。
在藥柱錐孔表面加一個銅罩,爆轟產物在推動罩壁向軸線運動過程中,就能將能量傳遞給了銅罩。由於銅的可壓縮性很小,因此內能增加很少,能量的加大部分表現為動能形式,這樣就可避免高壓膨脹引起的能量分散而使能量更為集中。此外,銅罩還有兩個有利於穿孔的作用:
1. 罩壁在軸線處匯聚碰撞時,發生能量重新分配。罩內表面銅層的速度比閉合時的速度高1至2倍,使能量密度進一步提高,形成金屬射流;罩的其餘部分則形成速度較低的杵。嚴格的講,錐形罩壁在向軸線運動過程中,能量已經在逐漸地由外曾向內層轉移。
2. 金屬射流各部分的速度是不同的,端部速度高,尾部速度低,因此射流再向前運動過程中將被拉長。但由於銅的優良的延性,射流可以比原長延伸好幾倍而不斷裂。當然,金屬射流在延伸過程中不像聚能氣流那樣膨脹分散,仍保持著原來的能量密度。
由此可知,藥型罩的作用是將炸藥的爆轟能量轉換成罩的動能,從而提高聚能作用,所以對罩的材料的要求是:可壓縮性小,再聚能過程中不氣化,密度大,延性好;銅是目前套用最為普遍的材料,也有少量使用金屬鉭製作的藥型罩。
主要特點
由上面的分析來看,聚能效應的主要特點是能量密度高和方向性強,但僅僅在錐孔方向上有很大的能量密度和破壞作用,其他方向則和普通裝藥的破壞作用是一樣的;因此,聚能裝藥一般只適用於產生局部破壞作用的領域。
套用
事實上,不僅錐形罩能產生聚能作用,其他如拋物線形罩和半球形罩等也能產生聚能作用,這些都屬於軸對稱聚能裝藥。錐形罩也有圓錐形、喇叭形、雙錐罩等多種形式。有時,藥型罩可以做得很長,用以產生一條聚能射流,起切割作用,這種裝要成為線型聚能裝藥或切割索。軸對稱和平面對稱型聚能裝藥套用很廣,如在軍事上,用於對付各種裝甲目標;在工程爆破中,可在土層和岩石上打孔(勘探領域);在野外切割鋼板、鋼樑;在水下切割構件(打撈沉船時切割船體)。