钻地弹最多能钻多深?它是怎么达到这种钻地能力的?

牛头马面两鬼


钻地弹能钻多深是由钻地弹的类型决定的,并没有统一的标准。

首先介绍一下钻地的原理:

钻地弹能钻进去并发生爆炸,要解决好三个方面的问题:

一是能钻进去。打个比方,钻地弹的钻地原理就像向木板上钉钉子一样。当我们用力砸钉子的时候,钉子就会以极快的速度向下运动并钻进木板。如果钉子头部不尖,就很难钉进去。所以得保证钻地弹的外壳足够硬,起码比目标硬,才有可能钻进去。

二是能延时爆炸。普通炸弹在与地面激烈碰撞时会发生爆炸,而钻地弹则不会,它是通过特殊的控制方法让其延时爆炸,遇到目标时再爆炸。三是有足够的动能。足够的能量才能保证其钻得深,否则还没有遇到目标就停止钻地了。所以用普通炸药时,它的体积会比较大。比如,GBU-28钻地弹全重2.27吨,装填的炸药也有286公斤。要么核能提供动能。比如,B-61核航空炸弹,该型核武器当量为1万吨-30万吨TNT当量。

再以美军的几种钻地弹为例,讨论一下钻地深度:GBU-28钻地弹 通常情况下,该钻地弹可以钻入6米深的地下混凝土建筑,在飞行试验中,还曾创下钻透30米深土层的记录。

B-61核航空炸弹美国B61-11航空核弹,由氢弹改装而成的,爆炸威力极大,弹头可以钻进深达15米的地下爆炸。

上图为从B-2隐形战略轰炸机投放的B-61核航空炸弹

TSSAM导弹即“三军通用防区外攻击导弹”在一次试验中,该弹头曾使质量为230吨、厚为1.5米的钢筋混凝土靶标连同其固定机构后移了100毫米,而弹头却在贯穿靶标后继续前移了172米,弹头壳体却没有受到明显的损坏。

JDAM炸弹即在1999年5月8日,炸毁中国驻南联盟大使馆的“杰达姆”炸弹。这也是一种钻地弹。因为当时该炸弹已经钻入我大使馆地底下,该型炸弹重达近1000公斤,钻地深度也应该很深。


企鹅打采找@89550


目前全世界最强大的钻地弹当属美国的MOP巨型炸弹,这家伙长度超过6米,重量达到了惊人的13.6吨,光是弹头内的高爆炸药就有2.4吨。更可怕的是它惊人的钻地能力,根据美军的实际测试,MOP钻地弹对于加固混凝土工事的钻深可以达到60米,对于诸如花岗岩之类的坚硬岩层钻深也能达到40米,而对于超级坚固的钢筋混凝土永久工事的钻深也达到了8米之巨。正因为重量大,钻地能力强,威力巨大,美军视其为准战略武器,因此它一般都是由B2隐形轰炸机这样的超强刺客搭载投射,突破敌人防空网,直接对躲避在地下的军事指挥中心等要害目标进行一击致命的打击!





(MOP大型钻地弹及其钻深)

而我国目前也发展出多种精确制导钻地炸弹,其中就包括一千公斤级的天戈重型激光制导炸弹,但是要论钻地能力最强的当家花旦还是莫过于世界上第一种钻地导弹——东风15C!东风15C是由最远射程700公里的东风15中近程地对地导弹发展而来,由于换装了长条形的最新式钻地弹头,东风15C具备了打击20米深混凝土工事目标的能力!千里之外,无需轰炸机冒着被击落的风险出击,直接一发东凤15C雷霆灌顶,想想都刺激!

(东风15C钻地导弹及其钻深)

钻地弹之所以具备超强的钻地能力,其实靠的是扎钉子似的直接撞击,也就是我们常说的动能。既然要撞,那么你必须保证自身够硬,不然一块豆腐拍墙上,那不是稀碎?东风15C采用的是与尾稳穿甲弹类似的钨合金外壳,而美国MOP弹头采用的是强度大并且耐高温的镍钴钢合金,有些分析人士甚至认为美国可能在弹头内掺入了贫铀,不然MOP不可能具备如此惊世骇俗的钻地能力!
(钻地弹弹头)

头够硬,那么接下来要钻地就要比拼扎钉子的力量了,能钻多深完全取决于你施加给工事的动能多大,而从这里开始东风15C导弹和美国MOP炸弹开始分道扬镳,走出了东西方两大完全不同的钻地流派。美国MOP依靠B2轰炸机在一万米左右高空投掷,由于加速距离短,触地速度只有不到两马赫,而动能主要取决于速度和重量,既然速度提不上去,只能加大炸弹重量,所以MOP的体型也水涨船高,达到了13.6吨的高位,由此才获得60米的惊人钻深。可以说MOP炸弹基本上走的是西方拳击手肉坦流钻地套路!


(MOP钻地弹实弹测试,体型之大,一目了然)

而东风15C钻地弹头重量只有1吨左右,如果仅仅以MOP炸弹的速度落地,那么钻地能力将不会超过10米!所以军工人员很巧妙的将其安装在东风15弹道导弹之上,依靠弹道导弹一百千米以上的高弹道进行向下俯冲,由于加速距离极长,末端触地速度可以超过5马赫,动能接近MOP炸弹的一半,也由此获得了20米左右的钻地深度。东风15C钻地导弹颇得中国传统功夫精髓,天下武功,唯快不破!



(弹道导弹弹头再入,速度极快)

钻深有了,可是如何控制钻地弹在指定深度爆炸呢?MOP炸弹钻深60米,可是目标在30米位置,你怎么能够保证炸弹在30米深杀伤目标?在美军早期的GBU和JDAM系列钻地弹上使用的大多数是延时引信,也就是事先设定好时间,弹头触地后,引信在延时后引爆弹头,确保钻地弹有一定的钻地时间。然而因为目标坚固程度和弹头触地角度等各种原因会导致钻地时间的延迟乃至缩短,因此延时引信并不能确保在有效的钻深爆炸,很有可能导致攻击失误,因此渐渐被高端钻地弹所抛弃。





(延时引信的作用)

目前BLU-109、BLU-113、MOP巨型钻地弹上使用的都是美军量身打造的智能化FMU-152/B联合可编程引信。这种引信能够智能编制延时时间和穿透工事层数以及感知深度,在投掷之前,根据目标的类型和坚固程度,首先通过计算机计算出侵彻钻地的具体数值,然后编程至智能引信之上,能够确保钻地弹在最利于杀伤目标的位置和深度进行爆炸,而这也成为了世界各国目前争相研究的主要方向,不出意外,东风15C应该也采用了类似的智能化引信!


(最新国产钻地弹使用智能引信在钻透指定楼层后爆炸)


军武吐槽君


先来回答这个问题的第一部分,请看图!下面这张图列举了目前各国的一些钻地弹大家可以大致看一下各种钻地弹的性能。

图一 各种钻地弹头钻地深度比较

从上图可以看出,各国现装备的各类钻地弹的钻地深度排名前十位分别是:

  1. GBU-57A/B(61米,美国)

  2. GBU-28C/B(7.2米,美国)

  3. GBU-28(6米,美国)

  4. AGM-86D CALCM(3.7米,美国)

  5. GBU-24(3.7米,美国)

  6. AGM-130D(3.4米,美国)

  7. KAB-1500L-Pr(3米,俄罗斯)

  8. NEB(2.1米,土耳其)

  9. AGM-158A JASSM(2米,美国)

  10. PB-500(2米,以色列)

图中的标出的深度是指这些炸弹的引信可以保证炸弹在穿透这一深度的混凝土后再被引爆。所以这只是纯钻地深度,和爆炸威力无关。炸弹的爆炸威力有弹头上画的圆圈数决定。三个圈表示大于4000兆焦耳,两个圈是2000-4000兆焦耳,一个圈是小于2000焦耳。

举个例子,俄罗斯的KAB-1500L-Pr虽然钻地深度只有3米。但是,一旦达到该深度,爆炸威力将会巨大的,超过4000兆焦耳。

图二 俄罗斯KAB-1500L-Pr炸弹是KAB-1500L系列的一种

再这张图中,有两种武器的穿透深度未知。一个是我国的东风15C地对地导弹,另一个是美国的B61-11钻地核弹头。


下面再来回答钻地炸弹是怎么工作的。这个主要需要解决两个难点,一是钻地弹如何能够钻的深,二是钻地弹如何能够在一定的深度引爆。

第一个难点需要提高炸弹的侵彻力。这又可以从两方面着手,首先是提高炸弹的动能。学过中学物理的同学都知道,动能同物体的质量和速度的平方成正比。因此提高动能一个在于增加炸弹的质量,这也是为什么钻地炸弹越造越大。GBU-57已经达到了单枚13吨重。另外一个是增加钻地弹的速度,有些以导弹为基型的钻地弹在末端会再次启动火箭发动机,对钻地弹进行加速。一般而言,动能钻地弹的钻地效果要远大于通过化学爆炸能形成的钻地效果。这也是为什么普遍认为高超音速武器的一大用途就是钻地弹。

图二 GBU-57MOP的尺寸大小
提高侵彻力的第二点就是和穿透装甲的穿甲弹一样,采用高密度的弹头和外壳材料。具体的设计有很多。譬如,美军最早的BLU-109钻地弹头(当然效果很差,只有1.8米)采用了一英寸厚的钢制外壳,内填240公斤Tritonal炸药(80%TNT外加20%铝热剂粉末)。而BLU-116钻地弹头则使用一个轻质外壳包裹一个坚硬的重金属(钨或贫铀)核心。GBU-28采用了旧的203毫米火炮炮管来作为弹壳。GBU-57据说也具有一个全钢制外壳,外加一个高密度重金属弹头(“镍钴合金钢”甚至更坚硬的“贫铀合金”)。

图三 一架B-2可以携带两枚GBU-57一个弹舱一枚。B-52被用于测试,不会再作战中携带

控制钻地弹的起爆点主要靠引信。传统的引信与经典的穿甲弹相同:定时器加炸弹后部的动力螺旋桨组合。定时器在炸弹释放时进行设置,当螺旋桨停止转动且定时器到期时炸弹引爆。当炸弹在空中飞行时,因为气流的作用,螺旋桨会一直转动。这样就保证了哪怕定时器到期了,炸弹也不会在空中(仍在飞行时)发生爆炸。在传统穿甲引信中,定时器的设置可以调整炸弹的爆炸点。

图四 美军几代钻地弹的钻地深度演进

现代掩体破坏者可以使用传统的引信,但有些还包括了麦克风和微控制器。麦克风负责监听炸弹穿透的楼层数,微控制器负责对地板进行计数,直到炸弹突破所需的楼层数再起爆。ATK公司还开发了一种用在2000和5000磅级别武器上的硬目标空腔传感引信,它会在到达地下深处的建筑物空间处在发生爆炸。

图五 二战时期炸弹和海军穿甲炮弹用的螺旋桨引信

图六 ATK公司研制的硬目标空腔传感引信


稀星天外


钻地弹,这种常规武器的变态王者,对很多人来说都是迷一样的存在。在进攻和防御的对弈中,不断强化。随着导弹,炸弹的威力逐步增加,如何在这种情况下,保证战斗力不受威胁,成了各国思考的问题,美国更是为了它神经中枢似的防御工事,建造了500米的花岗岩掩体。不过,你有你的张良计,我有我的过墙梯,钻地弹应运而生。普通炸弹,一接触地面就爆炸,而钻地弹在接触地面后,不会爆炸,反而会快速钻入地下,而且只有在达到预定深度,才会爆炸。



世界上真正掌握钻地弹的没几个国家,以美国为例,其国有一款名为MOP的钻地弹,是美军现役中最大的钻地弹。根据目前已知的信息看,这款钻地弹长6.2米,直径0.8米,重13.6吨,能够携带2.4吨的高爆炸药,钻到距离地面60米深的地方再爆炸。除了威力大之外,MOP钻地弹还可以由B-2轰炸机携带,在10千米以上的高空投放,这种钻地弹加隐身轰炸机的搭配,无疑是任何防御工事的梦魇。


武器的发展是人人追逐的,钻地弹的威力也不会停止不前,在尝到钻地弹的甜头后,很难让人不去联想,钻地核炸弹的威力,其爆炸产生的高温,以及冲剂波,伴随而来的局部地震,绝对是毁天灭地的。

钻地弹的原理其实跟简单,可以看做是木板钉钉子,钉子钉进木板的深度,取决于锤子施加的力,转换成钉子的动能,当然钉子的硬度也是很关键的。一般,钻地弹的壳体采用高强度的材料,而且在外面有一层防热层,这样钻地弹在接触地面就不会撞裂,然后顺着弹头的方向,在延时引信的作用下,钻到预定深度,爆炸。

时间回到1999年,北约的美国B-2轰炸机发射使用三枚精确制导炸弹或联合直接攻击弹药(杰达母)击中了中华人民共和国驻南斯拉夫联盟大使馆,当场炸死三名中国记者邵云环、许杏虎和朱颖,炸伤数十名其他人,造成大使馆建筑的严重损毁。这件引起全中国人民极度愤恨的事,也让我们认识到了钻地弹的威力。经过这些年的武器发展,中国在钻地弹的研究上,也取得了很多进步。

2004年左右,我国就掌握了钻地武器的所有技术,东风15C就是我国在新世纪以后研发出来的一种改进型地对地弹道导弹,实验研究的战斗部速度从1200米/秒至1700米/秒,采用钨合金六花瓣厚壁弹体设计,侵彻深度弹体直径比值在50以上,预算穿深性能在60米左右,相对于镍钴合金,钨合金的优势在于其弹头尺寸较小,却能够穿透更厚的岩石或水泥,可以一定程度弥补我国在钻地弹设计技术经验上的不足。



刀剑笑2020


目前已知钻地能力最强的钻地弹就是美国的GBU-57巨型钻地弹,GBU-57巨型钻地弹重达13.6吨,主弹体使用硬化钢设计制造,弹头重量达到2.4吨,是美国军火库中最重的非核炸弹,能够由B-2A、B-52H等战略轰炸机携带投放,主要用于打击地下工事。

资料显示,GBU-57巨型钻地弹的钻地能力达到惊人的60米,这个60米是针对一般混凝土防护层而言。遇到防护强度更高的岩石层的话,钻地能力将缩减到40米,而假如遇到超强加固的钢筋混凝土加钢板防护设施的话,GBU-57巨型钻地弹的钻地能力就只有8米,但这种钻地能力仍然是非常突出的。

中国的钻地弹也毫不逊色,以一直备受关注的东风-15C弹道导弹为例,它就属于一款专业钻地弹,外界预计它的射程为600公里,最大钻地能力同样接近60米,面对非常坚固的花岗岩层时,钻地能力接近20米,可以对敌方地下加固设施特别是地下指挥中心进行深度侵彻打击。

钻地弹之所以能够拥有如此出色的钻地能力,是因为它采用很多特殊设计来提升钻地能力。一般而言,钻地弹可以分为两个部分:载体和弹头。

从天而降的高速钻地弹在到达地面后,首先凭借着高速度和弹头外部的高硬度壳体对地面进行初步侵彻,然后载体上的辅助战斗部将会引爆,产生的爆炸压力将集中于弹头方向,给予弹头巨大动能,推动弹头继续向地下钻去,等到弹头耗尽所有动能,无法再继续前进时,或者是已经到达地下目标的所在位置时,弹头上的主战斗部才会爆炸,完全摧毁目标。

目前一些大国还正在研发钻地能力更强的钻地弹,用于满足自身特定的打击需求。未来钻地弹主要向这些方向发展:一,通过改进弹头制造材料、采用新的战斗部来提高钻地深度;二,改进战斗部引信设计,使用能够自动在最佳时刻、最佳深度引爆的智能引信;三,提升钻地弹的打击精度;四,增加钻地弹的射程/投掷距离。所以,未来钻地弹的总体性能还会有一定的提升。不难想象,未来钻地弹和地下防御设施的斗争较量还将会进一步升级。


科罗廖夫


钻地弹能钻多深是由钻地弹的类型决定的,并没有统一的标准。

上图为巨型钻地弹

首先介绍一下钻地的原理:

钻地弹能钻进去并发生爆炸,要解决好三个方面的问题:

一是能钻进去。打个比方,钻地弹的钻地原理就像向木板上钉钉子一样。当我们用力砸钉子的时候,钉子就会以极快的速度向下运动并钻进木板。如果钉子头部不尖,就很难钉进去。所以得保证钻地弹的外壳足够硬,起码比目标硬,才有可能钻进去。

二是能延时爆炸。普通炸弹在与地面激烈碰撞时会发生爆炸,而钻地弹则不会,它是通过特殊的控制方法让其延时爆炸,遇到目标时再爆炸。

三是有足够的动能。足够的能量才能保证其钻得深,否则还没有遇到目标就停止钻地了。所以用普通炸药时,它的体积会比较大。比如,GBU-28钻地弹全重2.27吨,装填的炸药也有286公斤。要么核能提供动能。比如,B-61核航空炸弹,该型核武器当量为1万吨-30万吨TNT当量。

再以美军的几种钻地弹为例,讨论一下钻地深度:

GBU-28钻地弹 通常情况下,该钻地弹可以钻入6米深的地下混凝土建筑,在飞行试验中,还曾创下钻透30米深土层的记录。


上图为GBU-28钻地弹

B-61核航空炸弹 美国B61-11航空核弹,由氢弹改装而成的,爆炸威力极大,弹头可以钻进深达15米

的地下爆炸。

上图为从B-2隐形战略轰炸机投放的B-61核航空炸弹

TSSAM导弹 即“三军通用防区外攻击导弹”在一次试验中,该弹头曾使质量为230吨、厚为1.5米的钢筋混凝土靶标连同其固定机构后移了100毫米,而弹头却在贯穿靶标后继续前移了172米,弹头壳体却没有受到明显的损坏。

JDAM炸弹 即在1999年5月8日,炸毁中国驻南联盟大使馆的“杰达姆”炸弹。这也是一种钻地弹。因为当时该炸弹已经钻入我大使馆地底下,该型炸弹重达近1000公斤,钻地深度也应该很深。

上图为JDAM炸弹


止戈军是我


目前,世界上威力最大、钻地能力最强的钻地炸弹仍然是美国的MOP巨型钻地炸弹GBU-57A/B,是一种非核钻地炸弹,别一说什么武器就提核弹,虽然世界上也有钻地核弹,但是仅就钻地效果而言,与常规钻地弹差远了,比方说美军的B61-11钻地核弹,其钻地能力简直弱鸡的不要不要的,所以又开发了B61-12最新型钻地核弹,该弹虽然圆周概率误差提高到30米以下,但是钻地深度也仍与GBU-57相距甚远。

GBU-57A/B(MOP)全重13.6吨,弹长6米,装药2700公斤,对于5000PSI混凝土(国标混凝土强度等级C40)的侵彻深度为60米,当面对10000PSI(国标C69)混凝土时,最大穿深8米,面对花岗岩石等坚固岩层时,最大穿深约40米,可以说钻地性能已经很逆天了。此外,该型钻地炸弹,一架B-2隐身轰炸机可以携带两枚,别嫌带的少,要知道这东西的价格是太贵了,一般核弹头的造价比这东西便宜的多,而且不是什么目标都能陪的上用GBU-57来炸的。

至于为何GBU-57的钻地能力这么强,由于美国公开的信息有限,只能大概说一说,一方面是由于其具备巨大重力势能产生的穿透动能,另一方面是其装备的特殊材料钢制穿甲头,此外就是GBU-57安装了HTSF"智能硬目标引信",可以实时检测炸弹穿透过程中的加速度变化,保证钻地弹不会在未达目标穿深前被提前引爆。

最后来说说,媒体心心念念的"钻地核弹",这东西就钻地效果来说,着实不咋滴,主要论据来自公开学术论文,如果你认为比搞专业研究的"聪明",欢迎反驳,论据取自一下论文:

根据论文提供的算法、数据和实例,美国B61-11钻地核弹最大弹着速度下,对土壤的穿透深度仅为区区55.93米,对花岗岩的侵彻深度为4.16米,对5000PSI混凝土(C40)的侵彻深度为4.7米,对于10000PSI混凝土基本就穿不动了,和前面的GBU-57的钻地能力一比,简直就是弱不堪言。


装备空间


既然你诚心诚意的问了,我便认认真真的回答你。

据估计,目前世界上约有10000余处隐藏在地下的军事设施,其中1000余处是具有战略意义的洲际弹道导弹发射井、指挥与控制中心、生化武器生产与存储设施等。能够有效对付这些地下目标的武器自然非钻地弹莫属。  


钻地弹通常外形细长,弹体采用高强度特种钢或重金属合金材料,内装钝感炸药和时间延迟引信,因此能够利用动能侵彻到地下一定深度后引爆。早期的钻地弹主要用于破坏机场跑道,对命中精度的要求不高,但后来其应用逐渐转向对付地堡、地道、洞穴等点目标,所以加装制导组件就势在必行。 

美国空军目前装备的制式钻地弹是900千克级的BLU-109系列、450千克级的BLU-110系列和225千克级的BLU-111系列。使用最频繁的是洛马公门生产的BLU-109/B,其重量为874千克,内装240千克炸药,弹体由高强度钢制成,可以穿透2.4米厚的混凝土。


钻地弹的原理  ———动能挤压和延时引信  

钻地弹之所以能钻进地下深处,是依靠其强大的动能实现的。  

从动力学中我们知道,物体的动能受速度的影响特别大。具有一定质量的两个物体,只要具有较大的相对速度,碰撞时就会具有巨大的破坏力。如果相撞的两个物体没有足够强度的外壳支撑,它们就会因承受不住这一外力而变形、毁坏。如果其中一个物体具有坚固的外壳,能够保护物体内部结构在碰撞过程中免遭破坏,那么,这个物体就不会被损坏,就可能对另一物体产生强大的挤压力而钻进被撞物体内部。  


钻地弹就是利用这一原理钻进地下深处的。钻地弹的钻地深度与其重量、头部的形状、撞击目标的角度和速度等因素密切相关。钻地弹的壳体一般用高强度的材料制成,在壳体的内外表面还要敷上防热层。这样,当高速运动的钻地弹到达地面时,其壳体就不会被撞裂,钻地弹就会依靠自身巨大的动能,顺着尖锐的弹头方向继续向下钻去。  

打个通俗的比喻,钻地弹的钻地原理就像我们向木板上钉钉子一样。当我们用力砸钉子,钉子就会以极快的速度向下运动而?进木板。但是,如果钉子头部不尖,就很难钉进去;如果这个钉子不是铁钉或钢钉,而是用木头做成的,也难于钉进木板里。  


那么,为什么钻地弹触地不爆炸,只有钻到地下深处才爆炸呢?  

原来,还有延时引信在起作用。  


所谓引信,简单地说,就是引爆弹头的装置。钻地弹的引信可以保证钻地弹平时处于保险状态,不发生爆炸,当钻进地下一定深度后,能按特定的指令工作,以便适时引爆弹头,产生爆炸。  

钻地弹的引信可以分为很多种。常用的一种叫作延时引信。普通炸弹撞击目标后,弹头内的引信触点接通,在小于一毫秒的时间内使雷管发火,从而引爆炸药发生爆炸。当钻地弹撞击目标后,由于延时引信起作用,所以,雷管这时并不发火,而是经过300毫秒以上的延期作用,才发火并进而引爆炸药。  


钻地弹对地下目标的摧毁效果,与弹头威力、钻地深度、目标周围地质条件等因素有关。钻地弹的技术涉及到钻地动力学,钻地器壳体结构、材料、引控系统,目标地层结构等方面的科学。 钻地单的用途  ———炸毁地下目标  


钻地弹之所以引起人们的高度重视,是因为它能够满足一些国家在军事上的需求,完成普通炸弹无法完成的任务。


江水趣谈


钻地弹是一种对地攻击武器,它不像普通炸弹那样一接触地面或者掩体就发生爆炸,而是穿透掩体或深入地下一定距离后才会发生爆炸。钻地弹被广泛用于攻击地面掩体和地下设施,有着良好的实战效果。


(钻地弹攻击示意图)

按照类型划分,钻地弹主要有反跑道、反地面掩体和反地下坚固设施三种类型。目前,钻地能力最强的一款型号当属美国的GBU-57 MOP大型钻地弹,它是美军现阶段最大的常规钻地弹。MOP炸弹的最大钻地深度达到了60米,其内部装有2700千克高性能炸药,起爆时爆炸可向地下四周的扩散,所产生的巨大地下冲击波会对地下隧道内的设备产生挤压,从而对地下设施造成极大的破坏,同时也能对敌方人员产生巨大的杀伤力。钻地弹的威力如此之大,那它又是如何完成钻地的呢?

(美军B52轰炸机投放GBU-57钻地弹)

钻地弹是伴随着掩体防御技术发展起来的一种武器。二战时,为了对付盟军坚固的掩体,德国空军研发了一款名为Rochling shell的炸弹,它可以轻松穿透厚达4米的加强混凝土,这给盟军造成了巨大的威胁。随后英国人也研制出了自己的钻地弹—高脚柜炸弹,而它可以攻击5米厚混凝土下方的目标。其实,德国人和英国人研制钻地弹的道理颇为简单,就类似于用钉子楔进墙壁,只要炸弹比地面硬,再加上巨大的动能冲击就可以让炸弹冲进地面,同时再辅以延时起爆技术,就轻易地实现了钻地的功能。冷战开始后,美国成为了钻地弹的主要研制国家,但“钻地”的原理却一直被沿用到了今天。

(英国研制的高脚柜炸弹)

(钻地弹的钻地原理)

经过多年的发展,美军已经研制出了多种型号的钻地弹,形成了反跑道、反地下掩体和地下设施的钻地弹体系。伴随着引信技术和弹体设计技术的提高,美军的钻地弹又演化出了动能侵彻型和复合弹头型两种构型。动能侵彻型就是利用动能进行穿透,其弹头多采用高强度、高密度的重金属材料,这既可以增加弹头的质量,提升下落速度,又可以提升弹头对掩体的穿透能力。复合弹头型主要用于对地下掩体或地下设施的精确打击,其弹头包括一个先导弹头和一个后继弹头,投放时先导弹头会在掩体表面炸开一个缺口,然后再由后继弹头进入掩体内部引爆。钻地弹的引信多采用延时引信或智能引信,其中智能引信可以区分空穴、硬层或多层掩体,进而在适当的深度引爆。目前美军的主流钻地弹都可以对地下掩体形成巨大杀伤,例如,在海湾战争中,GBU-27铺路石III型激光制导炸弹让伊拉克的防空掩体变得形同虚设,大量伊拉克空军飞机在掩体内中被击毁。

(F117战斗机投放GBU27钻地弹)

(海湾战争中遭美军钻地弹攻击的伊拉克机堡掩体)

由于美军经常需要对地下掩体或地下设施发动进攻,这使得美军对于钻地弹格外重视,所以他们在这一领域有着巨大的优势,比如GBU-57大型钻地弹就可由B2或B52轰炸机携带对地下核设施、导弹基地等目标进行有效的打击。随着伊核问题的升温,美军的下一代钻地弹研发工作也提上了日程。据称,下一代钻地弹可由F35战斗机、B52或B2轰炸机携带,其重量将会大幅减少,并配备更先进的传感器,而且还会使用新型的弹头侵彻材料,这样炸弹的钻地能力和精确打击能力将会进一步提高。同时有消息称,美军或许还会采用高超音速飞行器来搭载钻地弹头,从而赋予炸弹更高的动能,极大提高其钻地能力。

(伊朗的地下导弹基地)

(高超音速武器将使钻地弹的威力进一步提升)


战情解码


已经有很多人回答了这个问题,不过题目问的是怎么实现的,这显然跟科学原理有关。钻地弹的钻地能力,就是推进力与地面结合力的较量。下面,我就从力学原理的角度,稍微详细地为大家解答一下。

1、准备知识

钻地弹,顾名思义就是一种可以深入地下的弹头,可以是实现对深埋地下设施的攻击破坏。这就要求钻地弹具备较好的穿透能力,同时自身也应具备较高的强度和刚度。在钻地的过程中,涉及到目标地面的损坏,所以首先我们了解下材料的破坏究竟是怎么进行的。


我们先来了解下裂纹的三种形态:张开行,错开型,和撕开型,如上图所示。实际工程中,无外乎就是这三种裂纹形态。不管哪一种形态,它都有一个裂纹萌生的条件,即裂纹开裂的初始条件。具体的启裂条件有很多种,每一种都有自己的适用条件。相信大家都学过材料力学,所以我以其中一种启裂条件为例(最大张力),具体介绍一下。



在裂纹的尖端,由于存在应力集中,尖端的应力会非常的大。当这个应力超过了材料本身的承受极限,就会发生损伤破坏,这就是启裂条件。此时,如果没有外界能量继续输入,裂纹是不会变长的。想要裂纹扩展,那么必然存在着能量输入,外界能量输入越多,裂纹也就变得越长,这就是裂纹的扩展条件。


研究裂纹扩展的方法很多,这里就不详细介绍了,有兴趣的可以关注我,后期会出《断裂力学》专栏。


了解了断裂的条件,接下来再来了解下结构的强度和刚度。学过《材料力学》的同学,看到这里就非常明白了,因为这正是材料力学的研究内容。不过,材料力学的对象仅仅是杆件。工程实际的结构千变万化,仅凭材力是无法解决的。在这里,当然不需要大家深入了解。只需要知道概念就可以了。强度:指的是物体抗破坏的能力。刚度:指的是物体抗变形的能力。前面说的裂纹的萌生与扩展,其实就是属于强度问题。如果研究的是结构变形量的大小,如要计算上图梁弯曲的大小,就是刚度问题了。


2、钻地分析

钻地弹在钻地的过程中,是弹头与地面的较量。地面之所以被钻透,就是因为其强度相对较弱。而弹头之所以能够钻地,除了自身强度高以外,自身刚度高也是一个原因。

从受力分析的角度来讲,其受力情况非常简单,如上图所示。就是向下的力(重力+推进力),和向上的抵抗力。如果向下的力大于向上的力,那么钻地弹就可以进入地面了。

现在,我们分时间段,来探讨下这个钻地的过程。(1)刚开始的时候,弹头刚接触到地面,还没侵入地面。此时,钻地弹具备了较高的动能,实际上如果没有额外推力,凭着这个撞击速度,也能砸出地面一个坑出来。(2)刚入地的时候,实际上是凭借较大的动能砸出来的。此时地面撞击点被压出一坑,在被砸与未被砸的交界处,会短暂形成一段裂纹,即错开型裂纹。(3)当这个坑更大一些的时候,弹头过大,已经挤压两侧的地基,在尖端附近形成了张开型裂纹。(4)钻地弹继续深入,张开型裂纹不断扩展,深入地下。

3、如何实现

知道了钻地的力学过程,我们发现,需要克服两种裂纹形态:错开型和张开型。对于同一种材料而言,这两种裂纹的启裂应力和扩展能量都不一样。所以,想要精确控制好钻地的深度,必须对这两种的裂纹扩展进行准确的分析。当然,也可以通过传感器来确定钻地深度。但是,通过分析地基的这两种裂纹扩展,可以实现最小能量,达到最佳的效果。

钻地弹的实现,首先需要弹头自身强度足够。在钻地的过程中,弹头的强度要高于地基的强度,否则。地基未破,弹头先破了。所以,弹头通常采用高强度的材料制作而成。在钻地的时候,也不是什么样的地基都能钻透的。

此外,弹体自身需要足够的刚度。在钻地过程中,弹体本身收到非常巨大的压力,需要在这么巨大的压力下,保证不会发生非常巨大的变形。只有这样,才能保证精度和钻地深度。

为了实现持续钻地,另外一个条件就是需要有持续的能量输入。即,保证钻地弹的弹药足够,能够持续产生推进力,把钻地弹带到指定深度。

我们在拧螺丝的时候,用力技巧是一边旋转一边前压,如上图。在力学上,这种叫做力螺旋,它是由一个力矢量和一个力矩矢量组成。为了保证钻地的效率,让钻地弹旋转起来,是个非常有效的方式。在旋转的过程中,可以如果弹体外侧设计了螺纹,那么就像三角阶梯钻一样了,能够起到扩孔的目的,从而更加方便钻地。当然,这需要更多的能量。

4、总结

我们从力学基本原理出发,发现钻地弹要实现最小能量到达指定位置,必须对错开型和张开型裂纹进行研究,获得其基本断裂参数。然后,依靠钻地弹的外形和持续的能量输入,实现最佳的钻地效果。


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