超期服役炮射导弹增程发动机性能研究*

范志锋,徐敬青,崔 平,文 健

(解放军军械工程学院,石家庄 050003)

超期服役炮射导弹增程发动机性能研究*

范志锋,徐敬青,崔 平,文 健

(解放军军械工程学院,石家庄 050003)

超期服役炮射导弹增程发动机的性能能否满足设计指标要求是迫切需要解决的问题。通过开展超期服役炮射导弹增程发动机静止点火试验,采集出厂验收信息,分析增程发动机内弹道性能参数的变化趋势和原因。结果表明:该炮射导弹增程发动机经过XX年的自然储存仍然满足设计指标要求,但最大压强有所增大。建议对超期服役炮射导弹增程发动机开展静止点火试验前对装药进行CT扫描,确保试验安全。

超期服役;炮射导弹;增程发动机;储存性能;静止点火试验

0 引言

炮射导弹是利用现装备的坦克或战车火炮发射的一种高价值弹药,主要由舵机舱、战斗舱、增程发动机、仪器舱、弹托和药筒组件等部分组成[1-2]。其战斗舱、弹托和药筒组件与通用弹药中类似部件的结构性能基本相同,储存寿命相当。其长储薄弱环节主要集中在舵机舱、增程发动机和仪器舱上。在长储过程中,可以利用检测仪器对舵机舱、仪器舱等电子部件的性能进行无损检测,但无法判定增程发动机的质量状况。同时该增程发动机使用的推进剂是新研制的,在其他弹药导弹中没有应用,部队不掌握其储存性能。若需要对增程发动机的储存性能进行全面检测,最可信的方法是进行动态射击试验,但动态射击试验组织难度大、试验费用高,同时若超期服役炮射导弹增程发动机药柱的结构完整性遭到破坏,进行实弹射击时还可能会发生发动机飞行爆炸的灾难性故障[3]。

文中以炮射导弹增程发动机为研究对象,以内弹道性能为重点,从后方仓库中抽取一定数量的超期服役炮射导弹进行增程发动机的静止点火试验,测试其内弹道性能参数,同时采集同批次增程发动机出厂验收信息,从而分析增程发动机的性能变化趋势和原因,为安全开展超期服役炮射导弹增程发动机静止点火试验提供科学依据。

1 超期服役炮射导弹增程发动机静止点火试验

1.1 试验方法

炮射导弹增程发动机静止点火试验程序如图1所示。

炮射导弹增程发动机静止点火试验在型号为59050128的发动机推力试验台进行。

密封性检查时,通过增程发动机内壳部件上的螺孔向发动机内腔施加(12.5±9.8) kPa空气压强,之后将其放入含0.3%～0.5%的重铬酸钾水溶液中,使发动机距离液面50～100 mm,持续1 min,不允许压强下降。

图1 增程发动机静止点火试验程序

电参数检查时,用毫欧计和500型万用表检查电路电阻,用100 V兆欧表检查绝缘电路电阻,上述电参数应合格。

分解检查时,主要检查发动机主装药及点火药柱、点火药包、电点火具等火工品,应合格。对增程发动机的主装药进行工业CT探伤,装药内部应无裂纹、气泡、疏松等缺陷。

保温时,将增程发动机放入预先达到(-40±3)℃的低温箱内或(+50±3)℃的高温箱内,在低温箱或高温箱中的恒温时间不少于16 h,从保温箱中取出增程发动机,应迅速用隔热性能良好的保温袋裹严送往静止点火试验间。

1.2 试验结果

由于受试验条件限制,从后方仓库中抽取XX年生产的XX批超期服役炮射导弹2发,按照图1所示的程序开展了炮射导弹增程发动机静止点火试验。2发炮射导弹增程发动机的密封性检查、电参数检查和分解检查均合格。CT扫描发动机主装药也未发现异常现象。CT扫描结果见图2所示。

图2 增程发动机工业CT扫描成像图

2发炮射导弹增程发动机静止点火试验数据见表1,均满足设计指标要求。

表1 长储炮射导弹增程发动机静止点火试验数据

2 增程发动机储存性能变化趋势分析

2.1 出厂验收静止点火试验

根据炮射导弹增程发动机制造与验收规范,每批炮射导弹在交付验收时均需要抽取一定数量的增程发动机进行静止点火试验。

采集与超期服役炮射导弹增程发动机同年同批次的出厂静止点火试验数据见表2。

表2 出厂炮射导弹增程发动机静止点火试验数据

由于在出厂验收时,炮射导弹增程发动机的静止点火试验数据采用16线示波器采集后手工处理得到的,只获得4发炮射导弹增程发动机从建压到正常工作压强所需时间tn均小于0.1 s,没有具体数值。

2.2 性能参数的秩和检验

采用Wilcoxon秩和检验[4-5]判定出厂验收和储存了XX年之后的超期服役炮射导弹增程发动机高温和低温点火时各个性能参数是否有显著区别。

出厂验收4发炮射导弹增程发动机从建压到正常工作压强所需时间tn没有具体数值,所以这里不分析从建压到正常工作压强所需时间tn,只分析其他4项参数。秩和检验结果见表3。

从表3可以看出,经过XX年长期储存后,炮射导弹增程发动机静止点火试验的各个性能参数均没有显著区别。当然,这和样本量过小有一定关系。

表3 增程发动机静止点火性能参数秩和检验结果

2.3 性能参数的变化分析

为进一步分析经过XX年长期储存炮射导弹增程发动机静止点火试验各个性能参数的变化,计算各个性能参数与出厂验收2发炮射导弹增程发动机性能参数平均值的变化量和变化百分比。计算结果如表4所示。

表4 增程发动机静止点火性能参数变化对比

从表4中可以看出,经过XX年的长期储存,超期服役炮射导弹增程发动机各个性能参数与出厂验收值相比,其变化均不超过10%,变化较为缓慢,性能较为稳定。相对而言,炮射导弹增程发动机高温最大压强略有增加。

3 增程发动机储存性能变化原因分析

从前面的分析中可以看出,虽然炮射导弹经过XX年储存后,增程发动机的内弹道性能参数变化均不大,但高温最大压强有所增加。若增程发动机工作时,最大压强超过额定值,炮射导弹在弹道上可能发生爆炸事故。

炮射导弹增程发动机燃烧室内压强增大的失效树见图3所示。

炮射导弹增程发动机在实施点火之前,对装药的外观进行了检查,也采用工业CT进行了扫描,均未发现异常现象。上述检查基本上排除了图3失效树所列的底事件。

图3 发动机燃烧室内压强增大失效树

一般来说,发动机装药的失效模式有两类:一类是推进剂力学性能的下降,导致发动机工作时装药结构破坏;二是推进剂化学特性变化,导致发动机内弹道性能变化,无法满足发射要求[6]。

推进剂在储存过程中,化学特性的变化会导致推进剂爆热值和燃速的变化。研究发现,推进剂在长储后,其爆热值有所降低,燃速也有一定程度的下降。这些变化导致发动机在点火工作过程中,燃烧室内的压强下降,推力降低,工作时间延长。

从以上分析中,有理由认为超期服役炮射导弹增程发动机最大压强升高是由于推进剂力学性能下降造成的。虽然炮射导弹增程发动机在静止点火试验前已经进行了工业CT扫描,但对过小的裂纹也无能为力,当然过小的裂纹也不影响增程发动机的内弹道性能。但随着储存时间的增加,这些裂纹会进一步扩展,最终导致增程发动机失效。

4 结论

文中对超期服役炮射导弹增程发动机的储存性能变化进行了探索性研究,为下一步研究制定超期服役炮射导弹增程发动机质量监测方法奠定了基础,主要研究结论如下:

1)首次开展了超期服役炮射导弹增程发动机的静止点火试验,为确定增程发动机的储存寿命提供了基础数据。文中对后方仓库储存XX年的2发超期服役炮射导弹开展了静止点火试验,测得了工作时间、最大(小)压强、推力总冲等主要内弹道性能参数,均符合规定值,初步证明炮射导弹增程发动机储存寿命不低于XX年。

2)提出了基于出厂检验信息和长储信息的炮射导弹增程发动机储存性能分析方法,确定了各个性能参数的变化,为炮射导弹的延寿修理提供了科学依据。文中利用同批次增程发动机出厂静止点火试验信息和长储静止点火试验信息,确定了各个性能参数长储过程中的变化程度,初步认为炮射导弹增程发动机在长储过程中个别性能参数有一定程度的变化,但变化较为缓慢,增程发动机可以继续储存与使用。

3)分析了炮射导弹增程发动机最大压强增大的原因,提出了一种安全开展增程发动机静止点火试验的方法。与出厂信息相比,炮射导弹增程发动机经过储存后燃烧室的最大压强有所增大。建立了燃烧室压强增大的失效树,分析得到了燃烧室压强增大的原因,建议对超期服役炮射导弹增程发动机开展静止点火试验前对装药进行CT扫描,确保静止点火试验的安全。

由于条件限制,文中只选取了2发超期服役炮射导弹开展试验。下一步,在条件允许的情况下,应加大试验样本量,同时抽取不同年份的炮射导弹,研究增程发动机内弹道性能随储存时间的变化规律,为科学预测炮射导弹增程发动机储存寿命提供完善的数据。

[1] 杨培杰, 谭志良, 谢鹏浩, 等. 炮射导弹飞行状态下电磁能量耦合规律研究 [J]. 弹箭与制导学报, 2013, 33(2): 113-116.

[2] 总装备部通用装备保障部. 新型通用弹药(2001年—2007年) [M]. 北京: 国防工业出版社, 2009: 349-350.

[3] 李东. 固体推进剂药柱表面裂纹动态力学特性研究 [D]. 南京: 南京理工大学, 2008.

[4] 何正风. MATLAB概率与数理统计分析 [M]. 北京: 机械工业出版社, 2012: 157-158.

[5] 杨玲玲. Wilcoxon秩和检验在审计推理中的应用研究 [J]. 中国注册会计师, 2013(7): 83-87.

[6] 邢耀国, 董可海，沈伟，等. 固体火箭发动机使用工程 [M]. 北京: 国防工业出版社, 2010: 86-87.

Study on the Properties of Rocket-assisted Engine of Gun-launched Missile in the Extra-service

FAN Zhifeng,XU Jingqing,CUI Ping,WEN Jian

(Ordnance Engineering College of PLA, Shijiazhuang 050003, China)

Whether the properties of rocket-assisted engine of gun-launched missile in extra-service can satisfy design indexes is an urgent problem to be solved. Static firing test of rocket-assisted engine of gun-launched missile in the extra-service was carried out and the information of ex-factory acceptance was collected. The change trend and reason of internal ballistic performance of rocket-assisted engine were analyzed. The result shows that the properties of the rocket-assisted engine of gun-launched missile after several years of natural storage can satisfy the design indexes, but the maximal pressure is increscent to some extent. It is suggested that the charge of rocket-assisted engine of gun-launched missile in the extra-service be applied with computed tomography scanning before static firing test. This method can ensure safety in static firing test.

in the extra-service; gun-launched missile; rocket-assisted engine; storage properties; static firing test

2015-04-04

范志锋(1978-),男,湖北黄冈人,副教授,博士,研究方向:信息化弹药技术保障。

TJ410

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