某单兵攻坚弹长贮失效的原因分析及验证*

夏 杰,郭 旭,罗熙斌,陈志坚

(1 中国华阴兵器试验中心,陕西华阴 714200;2 火箭军驻7103厂军事代表室,西安 710100;3 解放军边防学院,西安 710108)

某单兵攻坚弹长贮失效的原因分析及验证*

夏 杰1,郭 旭2,罗熙斌1,陈志坚3

(1 中国华阴兵器试验中心,陕西华阴 714200;2 火箭军驻7103厂军事代表室,西安 710100;3 解放军边防学院,西安 710108)

针对某单兵攻坚弹初速异常降低的问题,在原因分析的基础上,采取了针对性措施,并通过加速老化试验进行了相应的试验验证。验证结果表明,初速异常降低的问题的确是由发射药盒及装药搭配不合理造成的长贮失效引起的,采取的措施也是有效可行的,并对今后弹药长贮性能的考核提出了针对性建议。

发射药;药盒;长贮失效

0 引言

某单兵攻坚弹经4a自然贮存后,在试验过程中出现初速异常降低(比正常值低25 m/s左右),导致弹丸在靶前不同距离处落地。得知此情况后,针对故障现象,开展了大量的分析研究工作,查清了故障原因,完善了产品设计,并进行了试验验证,有效的解决了产品长贮后初速异常降低的问题。

1 异常情况回顾

该单兵攻坚弹试验所用弹药为2009年生产,在国库存放4a。在进行200 m立靶密集度试验时,共射击常温弹5发,高、低温弹各2发,均在立靶前不同距离处落地。从测得的初速来看,常、高、低温3种温度的弹药初速普遍偏低(该弹常、高、低温的理论初速分别为173 m/s、178 m/s、168 m/s,实际测试平均初速分别为148 m/s、154 m/s、149 m/s),常温初速尤为明显,比图定初速值偏低约15%。

2 故障原因分析

影响单兵攻坚弹长贮后初速异常的原因较多,从该弹的结构与作用原理来看,主要有3个方面的影响因素:点火装置、发射药及药盒,其相关因素分析如图1所示[1]。

图1 初速异常分析框图

2.1 点火装置

该弹的点火装置主要由中心传火管及点火药组成,发射时,击针撞击火帽发火,火焰通过传火管引燃点火药,点火药燃烧形成一定压力的火焰后再点燃发射药。如果点火压力过低,就会造成发射药燃速过慢,在其他条件不变的情况下,就会导致初速降低。

通过分解该批次弹药对点火管进行了静态点火试验和测试,发现点火压力正常,所以有理由排除是点火压力不足引起的初速降低。

2.2 发射药

2.2.1 药量不足

该弹的发射药为双苯发射药(SBe-18),是在双迫发射药(S-11)的基础上改进而成。经查,该发射药在科研阶段进行过加速老化试验,就发射药本身而言,其理化性能是稳定的,能够长期贮存,但与发射药盒一起贮存4a后其内弹道性能发生明显变化,造成初速异常降低。经对该批弹药发射药抽样称重后,发现药量普遍减少约1.24 g,再查,该批次弹药出厂时装药量是符合图定要求的。由于贮存后发射药减少,直接导致了内弹道性能异常,但具体是什么原因引起药量减少,还须进行进一步分析。

2.2.2 装药缺陷

该弹的发射药是装在由赛璐珞片制成的药盒中,赛璐珞片的主要成分为硝化棉和樟脑,通常用于制作点火药盒,内装黑火药,在国内多种型号的火箭弹上大量使用。长期的贮存实践证明,它是一种长寿命产品,但用该材料制成药盒装双基发射药在国内尚属首次,且未做过加速老化试验,初步判断造成初速异常降低是两种材料结合在一起共同作用的结果。从进一步的理化试验分析结果发现,发射药组分中的硝化甘油减少了3.02%,硝化棉含量增加1.6%,并且多出了樟脑这一组分(1.43%),这些组分变化的结果必然导致发射药爆热降低(实验结果比理论值降低322.5 J/g),进而引起初速降低[2]。由此看来,两种材料结合在一起使用才造成了长贮失效,说明此种装药结构存在明显的缺陷,不利于长期贮存。

2.3 药盒材料选择不合理

由前面的分析可知,该发射药药盒由赛璐珞片制成,在各种火箭弹中作为点火具内装黑火药大量使用且能长期贮存,而在该弹中,作为双基发射药的药盒使用,造成两种材料物理不相容。这是因为SBe-18发射药是一种典型的双基发射药,硝化棉和硝化甘油是其主要组分,两者共同组成含能材料作为动力能源,与赛璐珞片制成的药盒一起使用时,大量硝化甘油的析出使发射药爆热大大降低,而发射药盒又由硝化棉和樟脑组成,樟脑作为一种阻燃剂,在贮存过程中,渗入到发射药中起到阻燃作用,进而造成初速降低。从根本上说初速降低就是两种材料在设计时搭配不合理而造成的。

3 采取的措施

由前面的分析可知,某单兵攻坚弹初速异常降低主要是由长贮后药量不足、装药缺陷、药盒材料选择不合理几个因素造成,这些因素之间互有关联,但其根本原因主要就是发射药盒材料在设计时选择不当造成的。为此,必然想到从改进药盒材料入手来解决这一问题,经反复论证、分析和借鉴课题“弹药/引信长贮性能试验技术研究”成果[3],从多种材料中选择了中性牛皮纸作为发射药盒材料,并按相关工艺和要求制成了发射药盒与发射药一起进行了相关长贮验证试验。

图2 加速老化后外观检查

4 验证试验

4.1 试验原理及方案

选用符合规格的弹用中性牛皮纸按原发射药盒技术要求、工艺及尺寸制作了63套发射药盒,在强度满足要求后,作为发射药装药载体备用。

对新制作的牛皮纸药盒装入发射药进行高温加速老化试验,用阿伦尼斯(Arrhenius)方程[4]预估试验时间,采用定时截尾恒定应力方法进行。将新发射药盒试件分成3组(5件、29件、29件),以70 ℃温度进行加速老化试验,分别在13d、26d、41d取出5件试样进行外观检查和减重称量,同时投入10件原赛璐珞药盒及装药试件,分别于13d、26d各取出5件进行外观检查和减重称重[5]。并对新发射药盒于26d、41d取出24件装入弹体内进行内弹道性能试验。

4.2 试验结果

如图2所示,新发射药盒及装药经13d、26d、41d后外观无异常,而原赛璐珞药盒及装药经13d后外观及形状明显变形,26d后变形更加严重。两种药盒及发射药称重结果如表1～表2,从表中数据看,新发射药盒及装药经41d老化后减重为1.7%(参考国际标准,减重小于2%为合格),而老药盒经26d后减重为4.9%,显然不满足要求。

对加速试验后的新发射药盒装入弹体内进行了内弹道性能试验,41d后初速及其或然误差分别为172.8 m/s和1.28 m/s(指标要求分别为173 m/s和2 m/s),符合要求。而经41d加速老化后在内弹道指标满足要求的情况下,通过阿伦尼斯(Arrhenius)方程预估对应的贮存年限为15.8a,满足长贮15a的要求。

表1 装药称重结果(药盒材料为中性牛皮纸)

表2 装药称重结果(药盒材料为赛璐珞)

5 结论

1)新发射药盒及其装药经加速老化后内弹道性能(初速及其或然误差)能够满足战技指标要求,且一致性很好,说明采用中性牛皮纸药盒替代原赛璐珞药盒的措施是有效可行的;

2)而原赛璐珞药盒及装药加速老化13d的减重和内弹道射击试验结果与此前出现问题的试验结果相吻合,在说明失效机理分析正确性的同时,也证明了加速老化试验结果的可靠性与可信性;

3)长期以来,弹药/引信产品对于长贮性能的考核只停留在理论分析和预估层面上,从攻坚弹长贮失效来看,这种分析评估方法存在着很大的不确定性,我们要吸取本次长贮性能失效问题的教训,在今后弹药/引信设计中,只要是未经证明相容的两种材料在一起使用,即使这两种材料本身都具有长贮性,甚至材料基本相似,都必须进行加速老化等长贮性能验证;

4)前期我们开展了弹药长贮性能的试验技术研究,积累了相当的经验和技术,其研究成果也在部分产品中得到了应用,我们要在此基础上加强产品长贮特性的研究,形成相应标准,尽早开展长贮性能的量化考核。

[1] 李进贤. 火箭发动机可靠性 [M]. 西安: 西北工业大学出版社, 2000: 140-149.

[2] 陶春虎, 刘高远, 恩云飞, 等. 军工产品失效分析技术手册 [M]. 北京: 国防出版社, 2009: 850-855.

[3] 邱有成, 李治三, 纪永祥, 等. 弹药/引信长贮性能试验技术研究 [R]. 华阴: 中国华阴兵器试验中心, 2014: 165-171.

[4] 王凯民, 张学舜. 火工品工程设计与试验 [M]. 北京: 国防工业出版社, 2010: 273-276.

[5] 李劲松. 火工品试验方法71 ℃试验法: GJB 736.8—1990 [S]. 北京: 机械电子工业部, 1990.

Analyses and Validation of Long-time Storage Failure About Some Assault-fortification Rocket

XIA Jie1,GUO Xu2,LUO Xibin1,CHEN Zhijian3

(1 Huayin Ordnance Test Center of China, Shaanxi Huayin 714200, China; 2 Military Representative Office of Rocket Force in No.7103 Factory, Xi’an 710100, China; 3 Frontier Defence Academy of PLA, Xi’an 710108, China)

In view of abnormal initial velocity decrease for some assault-fortification rocket, based on reason analysis targeted measures were adopted, and corresponding experimental verification was carried out through accelerated aging test. Verification results show that abnormal initial velocity decrease is caused by unreasonable collocation of launching-powder with its container, the measure we take is feasible and effective and some suggestions are put forward for future ammunition long-time storage assessment.

launching-powder; launching-powder container; long-time storage failure

2016-04-07

夏杰(1985-),男,湖北十堰人,工程师,硕士,研究方向:火箭试验鉴定。

TJ714

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