某底排弹引信弹道早炸原因分析*

2015-12-10曲凡军倪庆杰

弹箭与制导学报 2015年2期

刘猛，曲凡军，倪庆杰，谢飞

(1 海军驻沈阳弹药专业军事代表室，沈阳 110045;2 辽沈工业集团有限公司，沈阳 110045)

0 引言

部队在进行某底排弹实弹射击训练时，发生弹道早炸现象，停止了射击。同年，另一个部队在使用同一批产品进行射击试验时，也发生了弹道早炸现象。试验用机械触发引信，装定为瞬发，射角分别为13°和15°。弹道炸点位置距炮口分别约550 m和700 m，从现场回收破片分析，是由引信引爆弹丸，弹丸爆炸完全。

试验后，对试验用火炮进行了检查，身管膛线无损伤，炮口制退器完好。装填手及射手均按操作规程进行，没有违反操作规定的现象发生。

故障出现后，进行了原因分析。

1 故障排查情况

该底排弹为分装式炮弹，由半备弹丸、引信、发射装药等组成。底排为烟火药剂，配某型机械触发引信。故障出现后，制定了排查分析大纲，从产品的技术状态及批次产品进行了排查。

1)技术、生产状态检查情况

该型底排弹配用的机械触发引信是已定型的引信，在设计定型和生产时进行了适配性试验。

该产品在设计定型及生产定型时，最大射程及地面密集度试验项目(45°射角)共进行了105发射击，试验过程中无异常现象，满足产品战技指标要求，通过了设计定型和生产定型。

出现故障后，公司组织对该型产品历年生产交验情况进行了检查，从设计定型后开始生产至目前，已累计生产50个批184 000发产品，生产交验累计射击实弹625发(45°角射击)，均未出现弹道早炸及其它异常情况。

出现故障批产品进行了两组最大射程及地面密集度生产交验，均满足指标要求。

2)实物静态检查

为了查清产生引信早炸原因，公司申请从部队调回220发同批产品。对该批产品进行了加工尺寸及结构参量检查、弹体装药检查、底排的装配质量、底排装置静态点火试验及引信零部件加工尺寸及弹簧抗力等方面的检查，均满足规定要求，没有发现异常。

3)动态试验验证情况

①章动角测试

抽取该批50发产品进行动不平衡度测试，选取7发动不平衡度大的弹丸进行了纸靶法实弹章动角测试。通过章动角数据分析，最大章动角为7.26°，按周期衰减，有逐步趋于稳定的趋势。测试结果见图1。

图1 章动试验测试结果

②地面密集度及引信发火性试验

从调回的产品中，随机选取30发分为3组进行地面密集度试验。试验结果见表1。

3组地面密集度试验，全弹道飞行安全，引信正常作用。雷达跟踪数据显示未见异常，内弹道及外弹道飞行过程未见异常。除未装填到位的一组外，其余两组弹地面密集度满足1/180的指标要求。

表1 地面密集度试验结果

2 理论计算分析

弹丸出炮口飞行过程中，机械引信在解除保险后，如果飞行弹丸出现较大的章动运动，产生较大的轴向惯性加速度，达到引信的发火条件，引信作用［1］。

对该型底排弹出炮口后的加速度进行计算分析。

1)轴向惯性加速度计算

飞行弹丸的轴向惯性加速度是由章动及由空气阻力和重力两部分引起的［2］。

①由章动引起的轴向惯性加速度计算

根据外弹道理论，由章动引起的轴向加速度aδ惯轴的计算公式为［3］:

aδ惯轴～δm曲线如图2所示。

图2 最大轴向惯性加速度随最大章动角变化曲线

②由空气动力及重力引起的轴向惯性加速度

根据外弹道理论，由空气阻力及重力形成的轴向惯性加速度 a气惯轴的计算公式为［3］:

式中:在2.1 Ma 下，aτ=44.191 2 m/s2;aN=430.220 4 δmm/s2。

相比较，由章动引起的加速度要远大于空气阻力引起的加速度。

③轴向惯性加速度综合计算结果

当射角为 10°、15°、50°时，考虑 aδ惯轴及 a气惯轴时的前加速度结果如表2所示。

该弹配的机械引信活机体抗轴向惯性加速度为24.5g，查表，对应的章动角 δm=15.5°，也就是说，如果弹丸的章动角达到15.5°时，产生的轴向惯性加速度就可能使引信作用。

表2 计算结果

2)底排工作异常引起的轴向惯性加速度计算

如果出炮口底排壳体、挡药板脱落，会改变弹丸的飞行参数，影响飞行稳定性，产生较大的章动力。通过对回收破片以及早炸点在弹道线上分析，可以排除出炮口底排装置、挡板脱落等因素。对底排药剂工作不正常引起的轴向惯性加速度进行计算。按照底排工作异常最严重的情况——底排药剂突然熄火条件计算(速度降按50 m/s考虑)。结果表明，熄火前的空气阻力加速度为3 g，熄火后的空气阻力加速度为4 g，变化不大，这点变化不足以对引信正常工作造成影响。

3 原因分析与结论

1)故障分析排查情况

①对弹道炸现场回收的破片分析

据了解，弹丸爆炸点在原设定的弹道线上，通过对炸点附近回收破片分析(见图3)，底排壳体中间凹，两端外掰，壳体与挡板连接螺纹处被剪切，说明在爆炸前，底排壳体及挡板是完整的。可以排除该发弹出炮口掉底排装置、底排挡板等异常情况发生。

图3 引信早炸现场回收照片

②静态、动态检查验证情况

经对从部队返回的半备弹及引信进行静态尺寸、参数检查，满足图纸及技术条件要求。

经选取动不平衡角大的7发弹进行章动试验，测出的最大章动角为7.26°(对应的轴向惯性加速度不到13 g)，且7发弹的章动角都是衰减的，说明弹丸出炮口段飞行稳定。

随机抽取3组弹进行地面密集度试验，除弹丸装填不到位一组弹没有达到指标外，其余两组弹均达到指标要求，弹丸飞行稳定，引信正常作用。

2)引起引信早炸的原因

通过静、动态检查，可以排除产品生产质量原因造成的引信早炸;通过到部队调查，火炮及操作满足射击条件要求，排除了由于火炮状态及操作引起早炸的因素。

因此引信早炸的原因归集到弹丸出炮口后产生较大的章动，产生的轴向惯性加速度达到引信的发火条件，引起引信发火。

3)对产生较大张动的原因分析

①产生章动角的因素

由外弹道理论分析，产生初始章动角的因素有4 个［4］:

a)弹丸起始扰动:由弹炮相互作用及火炮振动等因素产生。

b)弹丸静不平衡和动不平衡:由弹丸加工质量分布不均产生。

c)弹丸外形不对称。

d)横风:当天气象良好，可以排除气象因素。

对以上4个方面的因素进行分析和排查，产生本次章动角较大的主要原因应该是弹炮相互作用，次要因素是弹丸本身存在的静不平衡和动不平衡等。

统计该产品设计定型、生产定型以及生产交验情况，发现都是按最大射程角(45°)射击的，均没有出现引信早炸问题，但本次出现问题的弹丸是在小射角射击情况(射角13°～15°)下发生的。由表2计算得知，射角大小对章动有影响，但影响很小，因此对弹炮相互作用因素进行了重点分析。

②关于弹炮相互作用影响章动分析

弹炮作用影响章动角的主要因素有:弹丸与火炮的径向间隙、弹丸没有装填到位、弹丸装填到位但装填位置不正确等。

经检测弹体尺寸，弹丸定心部加工一致性较好，可以排除弹丸外形加工质量造成的影响。

弹丸没有装填到位对起始扰动影响较大(地面密集度试验一组没有装填到位弹，该组地面密集度没有达到指标要求)，但从部队试验现场了解，部队战士操作规范，弹丸装填到位。

因此，重点对弹丸上膛到位，但装填位置不正确对章动的影响进行了分析。

本次出现引信早炸问题用的火炮是牵引炮，人工手动装弹。由战士用送弹棍顶住弹丸底部，靠冲击力，使弹丸导带嵌入火炮膛线起始部。在大射角装填时，弹丸在重力作用下，弹丸下沉，弹丸装入炮膛后，需要先用送弹棍顶住弹底，这时弹轴、送弹棍及炮膛轴线基本在一条线上，此条件下上弹，有利于弹丸导带比较均匀嵌入膛线，弹丸在膛内运动时受到的炮膛壁影响较小，出炮口时的章动小。如果在小角度装填时，由于重力的作用，弹丸贴在火炮下坡膛上，又由于弹丸定心部和炮膛加工有公差，弹与炮有间隙，弹轴与火炮身管轴线有初始夹角，在此条件下上弹，保证弹轴、送弹棍及炮膛轴线在一条线上有一定的难度，存在将弹丸上偏的可能。如果导带嵌入膛线时不正，弹丸在膛内运动不正确，出炮口时章动可能增大。

该火炮配底凹杀爆弹和底排杀爆弹，底凹弹用于小射程射击，底排弹用于大射程射击。装填底凹弹时，送弹棍事先顶在底凹内，可以减小将弹丸上偏的机率，而底排弹的底部有底排装置，在小角度装填时，送弹棍轴线与弹轴可能有夹角，存在将弹丸上膛时上偏的可能。底凹弹大、小角度装弹示意见图4，底排弹大、小角度装弹示意见图5。

图4 底凹弹上弹示意图

图5 底排弹上弹示意图

综上所述，产生本次引信早炸的主要原因是弹丸的初始章动角大，由章动引起的轴向惯性加速度达到了引信的发火条件，引信作用。在排除了弹丸设计、加工质量以及火炮状态等原因外，由于小角度装填底排弹有难度，有可能在小角度装填底排弹时，送弹棍与弹丸、炮膛不同轴，送弹时，导带嵌入膛线时歪斜，弹丸在膛内运动不正确，增大初始章动角，与其它影响弹丸章动的原因综合作用，达到24.5 g以上的轴向惯性加速度，引信作用［5］。

4)分析结论

该型底排弹出现弹道炸是多种因素同时存在造成的，主要原因:

①引信抗轴向惯性加速度能力偏小;

②在小角度装填底排弹弹丸时，弹丸导带嵌入膛线位置不正，导致弹丸出炮口后章动较大，与静不平衡、动不平衡等引起章动增大的多种因素综合作用，轴向惯性加速度达到引信发火条件，引信作用。