聚能效应

聚能效应，即炸药爆炸后，起爆炸产物在高温高压下基本是沿炸药表面的法线方向向外飞散的。因此，带凹槽的装药在引爆后，在凹槽轴线上会出现一股汇聚的、速度和压强都和高的爆炸产物流，在一定的范围内使炸药爆炸释放出来的化学能集中起来。

当装药凹槽内表面衬上一个药形罩时，装药爆轰后，凹槽附近炸药爆炸的能量就会传递给药形罩，使药形罩以很大的速度向轴线运动，此时，药型罩在高温高压的爆轰产物的作用下，形成金属杆，可以看作流体。其中，药型罩的内表面形成细长的金属射流，药型罩外表面形成杵体。药型罩压垮并产生射流的过程，射流吸收的爆炸能量不会象爆炸产物那样再散失掉。金属杆在轴向上存在速度梯度，从而，引起了金属射流在飞行过程中拉断现象。炸药性能和重量、装药结构、起爆方式、药型罩材料及其几何尺寸等对金属流的形成和侵彻具有显著影响。

圆柱形药柱爆洪后，爆轰产物沿近似垂直原药柱表面的方向，向四周飞散，作用于钢板部分的仅仅是药柱端部的爆轰产物，作用的面积等于药柱端面积。带锥孔的圆柱形药柱则不同：锥孔部分的爆轰产物飞散时，先向轴线集中，汇聚成一股速度和压力都很高的气流，称为聚能气流。爆轰产物的能量集中在较小的面积上，在钢板上就打出了更深的孔，这就是锥形孔能够提高破坏作用的原因。

锥孔处爆轰产物向轴线汇聚时，有两个因素在起作用：

1. 爆轰产物质点以一定速度沿近似垂直于锥面的方向向轴线汇聚，使能量集中；

2. 爆轰产物的压力本来就很高，汇聚是在轴线处形成更高的压力区，高压迫使爆轰产物向周围低压区膨胀，使能量分散。

由于上述两因素的综合作用，气流不能无限的集中，而在离药柱端面某一距离处达到最大的集中，以后则又迅速飞散开了。

为了提高聚能效应，就应设法避免高压膨胀引起能量分散而不利于能量集中的因素，对于聚能作用，能量集中的程度可用单位体积能量，即能量密度来做比较。爆轰波的能量中，位能占3/4，动能占1/4。而聚能过程，动能是能够集中的，位能则不能集中，反而起分散作用，所以，聚能气流的能量集中程度不是很高的。如果设法把能量尽可能转换成动能的形式，就能大大提高能量的集中程度。

在药柱锥孔表面加一个铜罩，爆轰产物在推动罩壁向轴线运动过程中，就能将能量传递给了铜罩。由于铜的可压缩性很小，因此内能增加很少，能量的加大部分表现为动能形式，这样就可避免高压膨胀引起的能量分散而使能量更为集中。此外，铜罩还有两个有利于穿孔的作用：

1. 罩壁在轴线处汇聚碰撞时，发生能量重新分配。罩内表面铜层的速度比闭合时的速度高1至2倍，使能量密度进一步提高，形成金属射流；罩的其余部分则形成速度较低的杵。严格的讲，锥形罩壁在向轴线运动过程中，能量已经在逐渐地由外曾向内层转移。

2. 金属射流各部分的速度是不同的，端部速度高，尾部速度低，因此射流再向前运动过程中将被拉长。但由于铜的优良的延性，射流可以比原长延伸好几倍而不断裂。当然，金属射流在延伸过程中不像聚能气流那样膨胀分散，仍保持着原来的能量密度。

由此可知，药型罩的作用是将炸药的爆轰能量转换成罩的动能，从而提高聚能作用，所以对罩的材料的要求是：可压缩性小，再聚能过程中不气化，密度大，延性好；铜是目前应用最为普遍的材料，也有少量使用金属钽制作的药型罩。

由上面的分析来看，聚能效应的主要特点使能量密度高和方向性强，但仅仅在锥孔方向上有很大的能量密度和破坏作用，其他方向则和普通装药的破坏作用是一样的；因此，聚能装药一般只适用于产生局部破坏作用的领域。

事实上，不仅锥形罩能产生聚能作用，其他如抛物线形罩和半球形罩等也能产生聚能作用，这些都属于轴对称聚能装药。锥形罩也有圆锥形、喇叭形、双锥罩等多种形式。有时，药型罩可以做得很长，用以产生一条聚能射流，起切割作用，这种装要成为线型聚能装药或切割索。轴对称和平面对称型聚能装药应用很广，如在军事上，用于对付各种装甲目标；在工程爆破中，可在土层和岩石上打孔（勘探领域）；在野外切割钢板、钢梁；在水下切割构件（打捞沉船时切割船体）。