论文部分内容阅读
燃料空气炸弹和HAP都是常规武器。同样作为爆破性面杀伤武器，这两种弹的杀伤原理与爆破弹和燃烧弹均有很大区别。这两种弹的杀伤原理和结构有很多相似之处，很容易被混淆，但从材料、结构设计和使用条件去分辨，却可以发现不同应用意图所实现的不同效果。
燃料空气弹的发展
◎FAE攻击目标的过程示意
燃料空气炸药的原理和作用方式
FAE通常采用的液体燃料有环氧乙烷、环氧丙烷、乙醚、甲烷、丁烷、乙烯、乙炔、丙炔丙二烯混合物、过氧化乙酰、二硼烷、无水偏二甲肼、硝基甲烷和硝酸丙酯等。这些液体燃料易燃、易爆而且沸点很低，在较低温度时呈液态，温度稍高就极易挥发成气态，与空气混合形成一种气溶胶混合物。FAE装药中通常还按比例混合金属粉末作为固体燃料，常用的有镁、铝或混合的镁-铝粉末。
环氧乙烷等液体燃料在未与空气充分混合时没有爆炸条件，装填弹药后的储存安全性较好。常规炸药自带氧化成分，可以在密闭的空间爆炸。FAE装药本身并没有氧化成分，而是要使装药与周围空气混合。液体燃料与空气接触后会迅速气化并与空气混合膨胀成气团，爆炸后从空气中大量吸收氧气，形成范围较大的无/贫氧和高一/二氧化碳区。FAE的另一个特点就是装药爆炸时的密度低，爆速没有常规炸药那么快，但形成的超压强度比较高，超压随距离衰减的速度也慢。
FAE装药爆炸前形成的气溶胶气团重于空气，可以渗入战壕、山洞和其它缝隙中，起爆后的高温与超压能杀伤开口的山洞和战壕内人员。按照公开发表的资料，同质量TNT与FAE在无约束的空气条件下爆炸，FAE爆炸产生的火球持续时间是TNT的近2倍，火球直径是TNT的1倍多。FAE靠近爆心位置的压力高于TNT，在杀伤区域边缘的压力则远高于TNT。
美国在越南战场上投放FAE最初是为直升机开辟起降场。正是因为这种使用思想，早期FAE对命中精度要求并不高，体积也很大，用低速运输机投放。美军在FAE使用过程中，发现这种炸药对暴露的人体杀伤效果很强，随后开始逐步缩小弹体，并通过降落伞减速和改善起爆方式等措施，将这种武器逐步转型为战术面杀伤武器。
◎苏联ODAB 500PM，属第一代FAE，右图为其攻击目标的场面
FAE第一代产品有美国的GBU55、BLU72以及苏联的ODAB 500PM，主要是作为低速飞机使用的航空炸弹，技术水平较低。首代FAE只能用运输机和直升机投放，战术灵活性较差。第二代产品从70年代初期开始研制，重点是增加炸弹的投放速度，可以用喷气式战术飞机和轰炸机投放，投弹时的飞行速度可达800千米/小时，主要以美国BLU73、BLU76、BLU96和MADFAE集束弹及GBU72子母弹为代表。GBU72内装备3枚可独立起爆的子弹，威力比上代同规格炸弹高4～5倍。
前两代FAE主要装填环氧乙烷/环氧丙烷、环氧乙烷/环氧丙烷硝酸异丙酯，或采用环氧丁烷与碳粉等凝胶剂制成的胶体作为燃料。第一、二代FAE均需实施两次引爆，第二次引爆时的油气团浓度、点火时的高度、点火起爆延迟时间的控制精度，油气团扩散时的地面风速、空气湿度及气溶胶团与空气混合的均匀度等，均会使爆炸能量受到影响。此外，前两代FAE不宜在高速状态下使用，必须用减速伞降低弹体下落速度，以便获得燃料与空气充分混合的时间。
美、苏针对前两代FAE的技术局限和使用难度，在80年代后期开始研制第三代FAE。三代FAE采用了一次引爆技术，简化了弹药构造，降低了制造成本和工艺难度，改善了维护条件。第三代FAE的油气团扩散方式并没什么变化，主要是用化学催化法或光化学等起爆方法替代了传统的引信起爆。第三代FAE主要解决了二次起爆难题，但一次起爆方式对燃料膨胀分散与起爆协调性的要求更严格，即使对弹体材料、结构壁厚、装填状态等参数进行细致协调设计，弹药投放时的外部环境仍会影响燃料混合效果，爆炸时的气溶胶体积和形状也会明显影响到爆轰效果。
FAE气溶胶的爆轰产生三个相互独立的爆炸过程。首先是以微秒计，包含各种氧化还原反应的装药爆炸反应。其次是爆炸后的装药无氧燃烧反应，是最初爆炸波中没有完全燃烧的较大燃料颗粒继续燃烧反应的过程，这个过程将持续几百微秒。最后是装药爆炸后从周围空气中吸收氧气的燃烧反应，也是冲击波与周围空气混合时燃料富集物的燃烧过程，反应时间以毫秒计。为了改善前两代FAE二次点火环境适应性不好的缺点，第三代FAE普遍采用一次点火化学引爆技术，在燃料通过压力抛撒后，引信经过一定延迟时间自动起爆。FAE充分起爆对外部环境要求较高，燃料混合过程也需要时间，不适合作为高速武器的装药，目前主要用于航空炸弹或火箭扫雷等面毁伤武器的战斗部。
FAE的杀伤效果与二次起爆时的高度有直接关系。FAE在地面爆炸时的威力削减很明显，在1～1.5米高度引爆气溶胶团的爆轰效果和毁伤半径较理想，但形成的弹坑不大，FAE弹药不具备有效的穿透性破坏能力。
◎美国BLU96，属第二代FAE
理论上，FAE与HAP是同类弹药，差异在于FAE是通过形成雾状油气云后爆炸，HAP则是直接通过爆炸时产生的高温和超压实现。HAP可以看成是自带氧化剂的粉末状炸药，命中目标时装药成粉尘形式一次整体爆炸。HAP炸药爆速较低，但基本不受外部环境影响，大风和低温等特殊环境对爆炸效果的影响不大，实战可靠性远比FAE要高。HAP还能根据需要灵活设计弹药规格，能适应从十余吨重超级炸弹到几百克重手榴弹的装药要求。
HAP的原理和装备发展
◎美国CBU-72集束炸弹，包含3个FAE，均为BLU-73
HAP是利用新的装药形式，通过直接起爆形成类似FAE的毁伤机理。FAE需要相对敞开的空间以使燃料与空气较好的混合，不适合攻击密闭空间和掩体。常规军用炸药的爆速高达8 000米/秒，可在近距离产生较大压力，使破裂的壳体形成很高动能的杀伤破片。HAP装药的爆速低，形成破片的效果差，步兵携带的HAP弹种（火箭、反坦克和单兵榴弹）大都采用轻质的铝制壳体，主要靠高温和高压效应进行杀伤。HAP采用一次起爆方式和固体装药，能采用比较坚固的壳体，可作为主装药或随进装药在掩体或山洞内部爆炸，适合攻坚。
HAP的爆炸过程分三个阶段。第一阶段的无氧爆炸过程中只有部分炸药被起爆，这部分炸药形成高压并决定了武器的穿透/破坏效能。第二阶段的无氧燃烧时基本装药被起爆，形成体现主要破坏效果的高温和高压。第三阶段是有氧燃烧过程，是装药在爆炸过程中使混合的金属粉末开始燃烧，补强爆炸形成的压力与热杀伤效能。
◎越战中美国A-1E“天袭者”攻击机携带1 130千克重的FAE——BLU72B，图片摄于1968年
FAE最初是作为暴露空间的面杀伤手段，到目前仍然是以毁伤暴露的人员和装备、清扫地雷和障碍为主要意图。HAP拥有更灵活的战术意图，从开始就针对FAE的性能局限进行改进，以密闭空间的工事和掩体为主要目标，固体装药较好的强度还能满足高速炮弹的装药条件，作为穿透型武器的装填物，但壳体在爆炸中的破裂将消耗炸药的效能。
炸药的爆轰破坏和破片杀伤原理已经非常成熟，但技术人员始终在追求更大范围、更高效率的杀伤武器。燃烧弹是用燃料进行范围杀伤的弹种，在二战中成为了城市毁灭者，凝固汽油弹则成了燃烧弹的代表，但燃料常规燃烧的杀伤效果存在局限。FAE则是将燃料与炸药的杀伤作用结合起来，利用爆炸的方式使燃料迅速进行燃烧反应，利用燃烧的高温和爆炸的高压杀伤目标，FAE在理论上也属于有爆炸杀伤效果的燃烧武器。HAP则是利用混合配比后的低爆速固体装药，采用常规爆炸方式起爆的攻坚武器。HAP杀伤效果和机理与FAE相似，但功能和结构却是典型的爆炸型炸药。FAE证明了利用混合效应提高弹药威力的效果，HAP则在炸药不断增加猛度，增加爆速以提高威力的同时，利用新的杀伤方式和作用方式，充分发挥了低爆速复合炸药的效能。HAP和FAE在方法上的殊途却在最后实现了目标的同归。武器在战争中展示的是毁灭和杀戮，但了解各种武器的发展和思维的技巧，又不能不钦佩人类在准备杀戮时所展现出的智慧。[编辑/旭日]
燃料空气弹的发展
燃料空气炸药的原理和作用方式
FAE通常采用的液体燃料有环氧乙烷、环氧丙烷、乙醚、甲烷、丁烷、乙烯、乙炔、丙炔丙二烯混合物、过氧化乙酰、二硼烷、无水偏二甲肼、硝基甲烷和硝酸丙酯等。这些液体燃料易燃、易爆而且沸点很低，在较低温度时呈液态，温度稍高就极易挥发成气态，与空气混合形成一种气溶胶混合物。FAE装药中通常还按比例混合金属粉末作为固体燃料，常用的有镁、铝或混合的镁-铝粉末。
环氧乙烷等液体燃料在未与空气充分混合时没有爆炸条件，装填弹药后的储存安全性较好。常规炸药自带氧化成分，可以在密闭的空间爆炸。FAE装药本身并没有氧化成分，而是要使装药与周围空气混合。液体燃料与空气接触后会迅速气化并与空气混合膨胀成气团，爆炸后从空气中大量吸收氧气，形成范围较大的无/贫氧和高一/二氧化碳区。FAE的另一个特点就是装药爆炸时的密度低，爆速没有常规炸药那么快，但形成的超压强度比较高，超压随距离衰减的速度也慢。
FAE装药爆炸前形成的气溶胶气团重于空气，可以渗入战壕、山洞和其它缝隙中，起爆后的高温与超压能杀伤开口的山洞和战壕内人员。按照公开发表的资料，同质量TNT与FAE在无约束的空气条件下爆炸，FAE爆炸产生的火球持续时间是TNT的近2倍，火球直径是TNT的1倍多。FAE靠近爆心位置的压力高于TNT，在杀伤区域边缘的压力则远高于TNT。
美国在越南战场上投放FAE最初是为直升机开辟起降场。正是因为这种使用思想，早期FAE对命中精度要求并不高，体积也很大，用低速运输机投放。美军在FAE使用过程中，发现这种炸药对暴露的人体杀伤效果很强，随后开始逐步缩小弹体，并通过降落伞减速和改善起爆方式等措施，将这种武器逐步转型为战术面杀伤武器。
FAE第一代产品有美国的GBU55、BLU72以及苏联的ODAB 500PM，主要是作为低速飞机使用的航空炸弹，技术水平较低。首代FAE只能用运输机和直升机投放，战术灵活性较差。第二代产品从70年代初期开始研制，重点是增加炸弹的投放速度，可以用喷气式战术飞机和轰炸机投放，投弹时的飞行速度可达800千米/小时，主要以美国BLU73、BLU76、BLU96和MADFAE集束弹及GBU72子母弹为代表。GBU72内装备3枚可独立起爆的子弹，威力比上代同规格炸弹高4～5倍。
前两代FAE主要装填环氧乙烷/环氧丙烷、环氧乙烷/环氧丙烷硝酸异丙酯，或采用环氧丁烷与碳粉等凝胶剂制成的胶体作为燃料。第一、二代FAE均需实施两次引爆，第二次引爆时的油气团浓度、点火时的高度、点火起爆延迟时间的控制精度，油气团扩散时的地面风速、空气湿度及气溶胶团与空气混合的均匀度等，均会使爆炸能量受到影响。此外，前两代FAE不宜在高速状态下使用，必须用减速伞降低弹体下落速度，以便获得燃料与空气充分混合的时间。
美、苏针对前两代FAE的技术局限和使用难度，在80年代后期开始研制第三代FAE。三代FAE采用了一次引爆技术，简化了弹药构造，降低了制造成本和工艺难度，改善了维护条件。第三代FAE的油气团扩散方式并没什么变化，主要是用化学催化法或光化学等起爆方法替代了传统的引信起爆。第三代FAE主要解决了二次起爆难题，但一次起爆方式对燃料膨胀分散与起爆协调性的要求更严格，即使对弹体材料、结构壁厚、装填状态等参数进行细致协调设计，弹药投放时的外部环境仍会影响燃料混合效果，爆炸时的气溶胶体积和形状也会明显影响到爆轰效果。
FAE气溶胶的爆轰产生三个相互独立的爆炸过程。首先是以微秒计，包含各种氧化还原反应的装药爆炸反应。其次是爆炸后的装药无氧燃烧反应，是最初爆炸波中没有完全燃烧的较大燃料颗粒继续燃烧反应的过程，这个过程将持续几百微秒。最后是装药爆炸后从周围空气中吸收氧气的燃烧反应，也是冲击波与周围空气混合时燃料富集物的燃烧过程，反应时间以毫秒计。为了改善前两代FAE二次点火环境适应性不好的缺点，第三代FAE普遍采用一次点火化学引爆技术，在燃料通过压力抛撒后，引信经过一定延迟时间自动起爆。FAE充分起爆对外部环境要求较高，燃料混合过程也需要时间，不适合作为高速武器的装药，目前主要用于航空炸弹或火箭扫雷等面毁伤武器的战斗部。
FAE的杀伤效果与二次起爆时的高度有直接关系。FAE在地面爆炸时的威力削减很明显，在1～1.5米高度引爆气溶胶团的爆轰效果和毁伤半径较理想，但形成的弹坑不大，FAE弹药不具备有效的穿透性破坏能力。
理论上，FAE与HAP是同类弹药，差异在于FAE是通过形成雾状油气云后爆炸，HAP则是直接通过爆炸时产生的高温和超压实现。HAP可以看成是自带氧化剂的粉末状炸药，命中目标时装药成粉尘形式一次整体爆炸。HAP炸药爆速较低，但基本不受外部环境影响，大风和低温等特殊环境对爆炸效果的影响不大，实战可靠性远比FAE要高。HAP还能根据需要灵活设计弹药规格，能适应从十余吨重超级炸弹到几百克重手榴弹的装药要求。
HAP的原理和装备发展
HAP是利用新的装药形式，通过直接起爆形成类似FAE的毁伤机理。FAE需要相对敞开的空间以使燃料与空气较好的混合，不适合攻击密闭空间和掩体。常规军用炸药的爆速高达8 000米/秒，可在近距离产生较大压力，使破裂的壳体形成很高动能的杀伤破片。HAP装药的爆速低，形成破片的效果差，步兵携带的HAP弹种（火箭、反坦克和单兵榴弹）大都采用轻质的铝制壳体，主要靠高温和高压效应进行杀伤。HAP采用一次起爆方式和固体装药，能采用比较坚固的壳体，可作为主装药或随进装药在掩体或山洞内部爆炸，适合攻坚。
HAP的爆炸过程分三个阶段。第一阶段的无氧爆炸过程中只有部分炸药被起爆，这部分炸药形成高压并决定了武器的穿透/破坏效能。第二阶段的无氧燃烧时基本装药被起爆，形成体现主要破坏效果的高温和高压。第三阶段是有氧燃烧过程，是装药在爆炸过程中使混合的金属粉末开始燃烧，补强爆炸形成的压力与热杀伤效能。
FAE最初是作为暴露空间的面杀伤手段，到目前仍然是以毁伤暴露的人员和装备、清扫地雷和障碍为主要意图。HAP拥有更灵活的战术意图，从开始就针对FAE的性能局限进行改进，以密闭空间的工事和掩体为主要目标，固体装药较好的强度还能满足高速炮弹的装药条件，作为穿透型武器的装填物，但壳体在爆炸中的破裂将消耗炸药的效能。
炸药的爆轰破坏和破片杀伤原理已经非常成熟，但技术人员始终在追求更大范围、更高效率的杀伤武器。燃烧弹是用燃料进行范围杀伤的弹种，在二战中成为了城市毁灭者，凝固汽油弹则成了燃烧弹的代表，但燃料常规燃烧的杀伤效果存在局限。FAE则是将燃料与炸药的杀伤作用结合起来，利用爆炸的方式使燃料迅速进行燃烧反应，利用燃烧的高温和爆炸的高压杀伤目标，FAE在理论上也属于有爆炸杀伤效果的燃烧武器。HAP则是利用混合配比后的低爆速固体装药，采用常规爆炸方式起爆的攻坚武器。HAP杀伤效果和机理与FAE相似，但功能和结构却是典型的爆炸型炸药。FAE证明了利用混合效应提高弹药威力的效果，HAP则在炸药不断增加猛度，增加爆速以提高威力的同时，利用新的杀伤方式和作用方式，充分发挥了低爆速复合炸药的效能。HAP和FAE在方法上的殊途却在最后实现了目标的同归。武器在战争中展示的是毁灭和杀戮，但了解各种武器的发展和思维的技巧，又不能不钦佩人类在准备杀戮时所展现出的智慧。[编辑/旭日]