某自动机炸壳故障原因分析

李庆泉，陈 继，刘树新

(1.总装备部重庆军事代表局，重庆 400061;2.驻四九七厂军事代表室，重庆 400071)

某高炮自动机在实弹射击过程中出现了3次药筒在药室外炸裂故障，其现象是:

1)药筒炸为数块，后部呈开花状;

2)底火上击针击痕明显(见图1所示);

3)输弹滑筒、炮闩缓冲器损坏，闩体、闩座运动不灵活，输弹簧力严重下降;

4)射后的药筒少数有被划伤现象(见图2所示)。

图1 故障药筒

图2 射击过程被划破的药筒

1 故障定位

1.1 自动机闭锁机构工作原理

该自动机采用导气式工作原理，其闭锁机构为魚鳃撑板刚性闭锁结构，主要由闩体、闩座、击针、闭锁块、支撑块等组成［1-2］，如图3 所示。

图3 自动机闭锁机构组成及闭锁状态

闭锁击发过程:击发时，在输弹簧的作用下，输弹滑筒带动闩座、闩体、闭锁块等复进，推弹入膛;关闩到位时，闩座推动闭锁块张开(如图4所示)，使之进入支撑块，实现刚性闭锁(如图5所示);之后闩座继续复进20 mm，击针打击底火(如图3所示);击发后膛底压力由药筒底部作用于闩体，通过闭锁块、支撑块传递到炮箱，同时楔紧闩座，使之始终处于左右闭锁块之间，保持机构刚性闭锁，直至开闩抽壳。

图4 闭锁开始(或解锁结束)时状态

开闩抽壳过程:当弹丸越过身管上的导气孔后，火药气体进入气室，推动输弹活塞、撞击输弹滑筒，带动闩座后坐，闩座运动20 mm自由行程后，闭锁块失去闩座的支撑向内侧转动解锁(如图5所示)，炮闩开始抽壳、后坐。

图5 闩座自由行程临界状态

1.2 故障树

根据自动机闭锁原理和故障现象，建立药筒膛外炸裂故障树(见图6所示)。

图6中:T代表顶事件，药筒炸裂;E1代表中间事件，关闩过程早发火;E2代表中间事件，药筒强度不足;E3代表中间事件，开闩时膛内压力过大;E4代表中间事件，击发后提前解锁;X1代表底事件，底火早发火;X2代表底事件，击针断裂导致早击发;X3代表底事件，药筒自身强度不够;X4代表底事件，药筒划破引起强度不足;X5代表底事件，弹药内弹道异常;X6代表底事件，药筒划破引起内弹道异常;X7代表底事件，闭锁间隙过大;X8代表底事件，闭锁机构零件损坏;X9代表底事件，闩座反跳超过自由行程。

图6 药筒膛外炸故障树

1.3 故障排查

1.3.1 关闩过程早发火

由于该自动机炮闩关闩过程对弹药冲击大，若底火冲击感度过高则可能在闭锁前早发火而导致膛外炸，但炸坏药筒底火击痕明显，可排除底火早发火的可能。若击针断裂，可能在炮闩推弹时惯性前冲击发底火，但自动机击针完好，可排除因击针断裂导致早击发的可能。

1.3.2 药筒强度不足

如果药筒强度过低，则可能在抽壳过程因不能承受残余压力而发生炸裂，经复查，该批弹药筒强度合格。检查3个炸裂药筒底部残片长度分别为约25、35、90 mm，表明是在非正常抽壳状态炸裂，与药筒强度无关。

被划破药筒其破口位于药筒斜肩部，通过预先对药筒破口并进行连发射击试验，未出现异常情况，可排除因药筒划破引起强度不足而导致膛外炸壳的可能。

1.3.3 开闩时膛内压力过大

该自动机是靠火药气体解锁开闩，正常情况下开闩时膛内只有较低的后效期压力，如果内弹道燃烧异常造成开闩时膛内压力高于药筒所能承受的压力，药筒就会炸裂。但若开闩时膛内压力过高，抽壳力必然很大，必然在药筒底缘形成明显的抓壳钩抽壳痕迹，经检查3个炸裂药筒并无明显抽壳痕迹。

通过预先划破药筒与正常药筒的内弹道对比试验，两者内弹道参数基本一致，可排除因药筒划破引起内弹道异常而导致开闩时膛压过大的可能。

1.3.4 闭锁不可靠

闭锁间隙过大、闭锁机构零件损坏均可造成闭锁不可靠。但经检查，自动机闭锁间隙合格，闭锁机构零件状态完整。

由该自动机的结构原理可知，闭锁击发时闩座和闭锁块间的撞击必然使闩座产生反跳，如反跳行程超过解锁前自由行程则会造成炮闩提前解锁。为分析射击过程闩座的运动情况，对5个自动机(含故障自动机)进行了共20组连发射击过程高速摄像，每组弹最后一发使用无发射药砂弹，以测试在不受膛底合力作用时闩座自由反跳的距离。测得闩座自由反跳距离达25.5～40.3 mm，超过20 mm自由行程;反跳距离达到20 mm所需的时间为5～11 ms。

1.4 原因定位及故障复现

根据故障排查可确认:在射击中遇到弹药点火延迟时间偏长时，由于闩座反跳越过了解锁前自由行程，炮闩不能形成刚性闭锁，造成药筒退出身管并发生膛外炸壳。通过对使用弹药的查证，该批弹的点火延迟时间离散程度相对其它批次较大，不排除个别偏长的可能。因此，闩座的反跳超过自由行程，造成闭锁不可靠，是该故障的原因。

采用某种点火延迟时间偏长(9～10 ms)的弹药进行连发射击试验，第一组第2发即发生了药筒炸裂，其现象与实弹射击故障完全一致。

2 故障机理分析

根据该自动机的闭锁原理，闩座在闭锁击发时存在反跳是其固有特性，由于该自动机没有设置防反跳机构，不能限制闩座反跳行程。弹药发火后产生的膛底合力传递到闭锁块时闩座应处于解锁前自由行程内，通过闩座、闭锁块、支撑块的楔紧作用形成并保持机构刚性闭锁。因此该机构闭锁是否可靠依赖于弹药点火延迟时间，若弹药点火延迟时间偏长，则击发后膛底合力的形成时间过长，膛底合力传递到闭锁块时，闩座已反跳退出自由行程而不能形成刚性闭锁，膛底合力使闭锁块内收解锁，导致炮闩失去支撑，药筒在膛内压力作用下推动炮闩后移并退出药室，随着火药气体压力的迅速上升，药筒承受不住内压力而炸裂。

3 改进措施及验证

此故障说明该自动机与弹药存在匹配问题，而弹药的点火延迟时间很难精确控制，其检验手段也只能采用抽样统计，因此合理的改进措施应当是控制闩座反跳行程，提高自动机对弹药的包容性。

3.1 改进方案

由于自动机的反跳是原理性的，限制闩座反跳行程只有增加设计防反跳机构。机构主要由安装在炮箱两侧的两套防反跳卡锁组成，左右两套卡锁安装位置前后错位5 mm(见图7所示)。

其工作原理是:当右输弹滑筒复进到离终点5 mm时输弹滑筒孔后斜面碰卡锁，使其复进稍受迟滞，左输弹滑筒和闩座先复进到位进行击发，在反跳时右输弹滑筒与闩座相撞，抵消部分反跳能量。当闩座带动输弹滑筒反跳时，卡锁上的斜面再次消耗反跳能量从而减小反跳距离。

图7 自动机防反跳机构方案

3.2 改进措施验证

为验证防反跳机构的有效性，以及增加该机构后对自动机工作循环的影响，进行了鉴定试验。结果表明:增加的防反跳机构能有效地将闩座反跳行程控制在自由行程以内，实现了对弹药的包容，射击安全性得到了有效保证。增加防反跳机构后，该自动机功能、性能满足技术要求，射击循环未受明显影响。

4 结束语

此故障的根本原因是弹炮匹配性存在缺陷，解决措施是完善设计。该型号自动机在使用中一次射击接连发生3次炸壳故障，而在研制、生产过程射击十余批数万发弹，却没有发生过类似问题。故障的分析和解决告诉我们:研制过程应加强弹炮匹配性分析、设计和验证，在进行设计计算时对涉及弹药参数与自动机机构动作匹配关系环节的简化须慎重;自动机的设计应充分考虑极限条件下的安全性，确保对弹药和其它随机不利因素的包容;研制试验应加强各种极限条件下自动机性能的考核与验证。

［1］王志凇，唐力伟，曹进华，等.某高炮自动机检测技术研究［J］.火炮发射与控制学报，2012(3)：72-75.

［2］李杰仁，马吉胜，郑海起，等.某高炮自动机虚拟样机仿真［J］.四川兵工学报，2009(6)：69-71.