基于某机内埋式高速供弹系统研究＊

王争论，黄 亮

（南京理工大学弹道国防科技重点实验室，南京 210094）

0 引言

供弹技术的发展是伴随着火炮发射技术发展的要求而不断前行。从人工手动装弹到机械臂自动装填，从有链到无链，装弹速度从低速到高速，由几分钟一发到一分钟几发、几十发，发展到现在的每分钟上万发。供弹模式发展的同时，其可靠性也显著提高。现在，行业内部已经将应用于各军兵种武器系统的高速供弹技术作为专项技术进行研究。

1 国内外研究与发展状况

国外机载20mm火炮采用闭合弹带式无链供弹系统，该系统容弹480发，可以6000发／min的速度向火炮供弹[1]。机载各口径系列火炮供输弹系统应用或间接使用此项技术。我国第1代25mm战车炮，采用移动式双路供弹机。对35mm口径自动机进行双路供弹技术改造，分别研制出了适应步兵战车和自行高炮需要的双供弹机构[2]。研制出了适合链式原理火炮的双路供弹样机，并进行了性能试验和舰载武器系统适配性研究[3]，对于新型机载供弹系统，还需要进行适配性研究。

2 供弹系统可行的组合模式

根据结构要求，设计适合于某机高速供输弹系统方案。其中包括：

1）可行的高速供输弹和回收系统方案设计；

2）方案分析，包括可行的几种方案对比分析，系统功率估计等。

满足无链供弹（弹壳回收）技术的供弹系统可以有如表1所示的几种模式。其结构组合方式如图1～图3所示，输弹收壳有序方式结构如图4所示。弹壳有序回收方式主要考虑清膛。自动机停射后，膛内温度较高，膛内存弹是很危险的，膛内存弹对维护也极不安全。清膛将增加一个供弹收壳旁路，此旁路的工作过程与射控过程相协调。

表1 几种可行的供弹模式

旁路工作过程：自动机停射后，处于不同位置的闭锁机抓有炮弹或弹壳，有的弹已入膛，有的处于未闭锁或不完全闭锁状态。当自动机进入停射控制时间段，清膛回路通过离合器控制和输弹（壳）导向机构控制使进入停射控制时间段射击的弹壳进入收壳旁路。再次射击时，清膛回路离合器工作，控制输弹（壳）导向机构使进入收壳旁路的弹壳转入供输弹回路。

图4 输弹有序收壳回路结构示意图

3 方案分析

3.1 基本技术状态对比分析

综合对比分析几种供弹模式，箱式、鼓式以及双螺旋闭合弹带式无链供弹性能比较如表2所示。箱式无链供弹采用闭合弹带与拨弹轮组合模式，鼓式无链供弹采用外鼓旋转式无链供弹模式。

表2 几种供弹模式性能对比

根据以上分析、双方技术沟通以及考虑后续发展，方案采取以箱式供弹，箱内闭合弹带，端头拨弹轮交接配合的无链供弹模式。因此，供弹系统供率估算主要以箱式供弹为主。

3.2 驱动功率估算

武器系统以新原理、新结构不断发展，设计水平也大幅提高，其分析仍然多采用常规的力学模型，机构设计也多运用传统的方法。相关的方法有：动力学分析方法，结构特征值分析方法，结构响应分析方法，以及与系统功率分析密切相关的传递函数分析法。高速供弹系统功率分析将运动方程与传递函数分析法相结合。

多级机械传动的系统中，其系统运动方程可以写为：

其中：M为 外力作用转矩；Mfz为作用到输出轴的负载转矩；Ji为各级传动环节（负载）的转动惯量，i＝1，2，3，…；fi为各级传动环节阻尼系数；ω 为第一级负载转动角速度。

根据公式：Md＝Dm（θ）＋Dv（θ）2＋DF（θ）

求出Md须先确定Dm（θ）、Dv（θ）、DF（θ），可得到一个Md关于θ的微分方程，求解此方程，即可得到不同状态下的Md值。

将上式作对应项处理，由阻力矩和功率的对应关系：Md＝Jβ，Nd＝Jβω和摩擦力与重力项引起的功率，求取供弹系统总功率估算值。启动过程按匀加速过程处理，即ω＝βt（或β＝ω／t）。平动速度按V＝ωR计算。

3.3 供弹模式功率估算

通过计算，得到不同情况下各种供弹模式的功率，其值如表3所示。采用匀加速启动，时间设定1s，弹药基数210发。

表3 各种供弹模式功率表 kW

图像化功率如图5和图6所示，曲线XS、GS、SLX分别表示箱式、鼓式、双螺旋闭合弹带式无链供弹功率。计算结果表明，箱式供弹组合对系统最大功率的要求并不比其他供弹模式的功率要求显著提高。

图7 3000发／min供弹功率与时间关系图

图7和图8为箱式无链供弹在3000和7000发／min射速条件下，启动时间为0.3s和1s时的供弹功率估算结果。同一坐标系下功率轴抬高者，是启动时间为0.3s的功率估算值。图中字母pa、pb、pc、p分别代表摩擦力项、惯性力项、重力项对功率的贡献和总功率。

图8 7000发／min供弹功率与时间关系图

4 结论

通过对多种组合模式的供弹系统仿真分析，以及对传动结构的深入研究，认为箱式无链供弹和多层闭合弹带式高速无链供弹组合具有以下几方面的优点：

1）对空间形态要求较低，可以根据给定的空间结构状况，设计成相应的供弹分布状态，由于闭合弹带的可折叠性，使其沿结构空间排列方便可靠；

2）在相同许可空间条件下，可取得较高的弹量容积率，相同备弹量情况下，可同时满足较小的系统功率要求；

3）由本组合的特点，使得箱式结构有利于保障空间定位、传动组合和供输弹的顺利交接；

4）较低的空间形态要求，使得箱式供弹模式适用多种平台的高射速武器系统。

[1]CPHERSON J.Advanced gun system and long rangeland and long rangeland attack projectile[Z].2005－09－07.

[2]梁世瑞.双路供弹技术研究[J].火炮发射与控制学报，1997（2）：42－48.

[3]张世英.小口径速射舰炮的供弹系统[J].现代舰船，1995（6）：20－22.

[4]于道文.自动武器学[M].北京：国防工业出版社，1992.

[5]罗阿妮，刘贺平，胡胜海，等.舰炮供弹系统设计研究[J].哈尔滨工程大学学报，2006，27（5）：757－761.