新型多路高低压微抛射系统＊

杨 卫，张 皎，王 聪，李 飞

（中北大学，太原 030051）

0 引言

针对新一代微型战场侦察与作战装备的发展需求，研究地面微型攻击系统需要对从常规发射技术到小口径发射技术，再至微小型弹丸发射技术的规律性进行研究。

到目前为止，关于单路的高低压抛射器已经屡见不鲜。当需要同时发射多发炮弹时，就必须使用与炮弹数目相同的抛射器，通过同一个点火信号同时控制炮弹发射。但是，各炮管与炮弹之间的间隙存在装配误差，单路高低压微抛射器高低压室之间的传火通道的大小、长度也存在误差。高压室的容积、抛射药的质量存在误差，点火具接到点火信号、点燃时间不同步，传统的单路高低压微抛射器无法克服以上误差，容易出现炮口速度散布偏大，影响射击精度，稳定性要求提高，这些原因使得高低压抛射器设计难度加大。

文中用新型多路高低压微抛射系统，采用储、运、发一体化设计，并由多路高低压抛射器组成，使用多路高低压转换技术，在一个高压室产生高压气体，通过多个传火通道，气体进入低压室，推动战斗部发射。根据高低压的比例参数，计算高低压室的体积以及装药量。通过合理的气路设计，使战斗部受力均匀。

1 系统结构设计

1.1 总体结构设计

新型多路高低压微抛射系统由定向器、基座、多路高低压微抛射器、A战斗部、B战斗部等组成，下面以四路高低压微抛射器为例进行进一步的说明，总体结构如图1所示。

图1 系统结构图

系统由四套相同的发射器组成，四组分工负责360°中各自相对的 90°区域，如图2所示。多模战斗部与定向器采用分体固连方式，安全发火装置及保险装置采用两套冗余设计。通过内弹道计算确定膛压后，选定战斗部弹带过盈量；采用弹丸药筒合装的方式，药筒底火组件与定向器设计成螺纹连接，以此解决弹丸在定向管内定位的问题。

图2 系统总体示意图

1.2 多路高低压微抛射器

高低压发射原理非常适合于那种小装药量、膛压和初速均比较低的发射武器，如步兵使用的榴弹发射器，在该项目中要求发射过程中产生的过载不易过大、射程范围比较小、装药量小，因此，采用高低压发射方式［1］。多路高低压微抛射器由一路变成了四路，并且采用机电一体化设计。这样，不仅使整体的重量大大降低，并且降低了对发射管质量、强度的要求，使多路炮管发射的同步一致性得到了保证。由于新型多路高低压微抛射器采用同一个高低压室，同一个点火具，消除了由于高压室的容积、抛射药的质量、点火具接到电信号的时间的先后、点燃时间的先后（影响最大）、发射电路不匹配造成的误差，使射击更加稳定，从而提高射击的精度。

多路高低压微抛射器主要由十部分组成（见图3）。之所以设计成环形，是因为可以同时与4个电连接器连接。这样只要一个发火电路就可以了，从而降低了制造成本。

图3 多路高低压微抛射器结构示意图

多路高低压微抛射器使用多路高低压转换技术。在一个高压室产生高压气体，通过4个传火通道，气体进入低压室，根据高低压的比例参数，计算高低压室的体积以及装药量。设计高低压室的形状时，要做到使4个战斗部受力均匀。

2 理论分析

2.1 战斗部抛射飞行分析

设抛射弹丸出炮口速度为v；水平倾角为θ；弹丸上升段时间为t1；弹丸下降段时间为t2；弹丸射程为S；高程为H。这里g为重力加速度。

设弹丸的质量为m1，根据质点的动能定理有：

设发射火药的火药力为f，发射火药的质量为m2，则有火药药力W：

发射火药点火燃烧对弹丸作有用功，设能量利用系数为a，根据能量守恒定律：

这里取火药力f＝294.3J／g，设火药质量为m2，假设火药药力的20%被用于作功，即能量利用系数a＝0.2，由式（5）和式（6）有：

根据相关背景技术指标，微抛射器可定向发射战斗部射程为50 m，在不考虑其它因素的条件下，可以求出弹丸最低出炮口理论速度v，再由式（2）和式（3）可以得出在此条件下发射的最大高度为H＝13.2 m，已经满足设计要求。

2.2 炮口速度计算

现在设战斗部的质量为m，A为弹底截面积，S1为战斗部在定向管内的实际滑行长度，KT为经验系数（一般取1.02～1.2），p为低压室的平均压力，则炮口速度的计算公式为［3］：

高低压发射战斗部不仅要提高炮口的速度，还要实现稳速，使炮口的速度散布误差小于5%。为此，采取措施稳定低压室的压力，保证炮口速度的稳定性。

2.3 系统稳定性分析

系统在无驻地措施的情况下，系统不会发生翻滚、滑移。从理论上讲，要实现这一目的，必须使气体从喷管中流出所产生的推力和弹丸及火药气体所产生的后坐力相互抵消，或两者所产生的动量保持平衡。高低压发射时，高低压抛射器所受后坐力为AP，战斗部在管内与推弹环、发射管壁产生一个摩擦力F，反后坐力为F1，则系统所受不平衡力为：

当FZ＝0时，表示系统处于完全平衡状态，此时系统的稳定性最好，但实际发射时，由于各种因素的变化影响，FZ不会都等于零。在该系统中通过对称分布，合理的公差配合计算，合理的气路设计，使得气路分布达到平衡，使得发射时产生的后坐力在径向上保持平衡。从而在无驻地措施的情况下，系统保证稳定发射。

3 实验和结果分析

为验证该系统设计方法的正确性、可行性和稳定性，达到项目所需的有效杀伤半径10 m，同步发射4个A战斗部，使得A战斗部初速为70 m／s，微发射器发射后系统移动范围不超过10c m，旋转不超过5°的要求，就必须对该系统进行微战斗单元杀伤半径实验、测速实验、发射过程移动测试实验等相关实验。

3.1 微战斗单元杀伤半径实验

按GJB3197－1998炮弹试验方法403扇形靶中计算，子弹的击穿破片密集杀伤半径为5.22 m，有效破片密集杀伤半径大于8 m，满足技术指标要求。

3.2 微抛射系统测速实验

把上述的系统通过验证装置装弹后进行发射试验，经过3次重复性的试验，得到微抛射系统的发射初速，如表1所示。

表1 微抛射器发射初速试验数值

在测试得到的数据的基础上，对数据进行处理，计算炮口初速的中间偏差和散布。

表2 微抛射器发射初速试验数据分析

经过三次试验，测得A战斗部的炮口的速度散布误差小于5%，达到了稳速的效果，为达到有效射程奠定了好的基础。

3.3 微抛射系统移动量测试

在无驻地措施下，微抛射器在发射弹丸的过程中，系统在径向几乎没有位移，从而保证发射的稳定性和可靠性。试验过程如图4和图5所示。

图4 战斗部发射前

图5 战斗部发射后

由图4和图5可以看出，系统在发射完战斗部后未出现翻滚、较大滑移的现象，由此从试验的角度验证了系统的可靠性和稳定性，这对以后的应用和推广有非常重要的意义。

4 结论

新型多路高低压微抛射系统在理论和实验中都得到了验证，此设计方法可以推广到更多路的高低压抛射器的设计中，并且都能达到比较好的效果。对多路高低压微抛射系统又有了更进一步的认识，为以后的深入研究和应用具有重要的意义。

［1］ 金志明.枪炮内弹道学［M］.北京：北京理工大学出版社，2005.

［2］ 徐诚，王亚平.火炮与自动武器动力学［M］.北京：北京理工大学出版社，2006.

［3］ 贺北斗.火箭发射装置设计［M］.北京：国防工业出版社，1988.