某发射装药结构改进设计的新思路

2020-03-05安立强颜秀红梅树鹏姜春茂王辉柳燕姜华

国防制造技术 2020年2期

安立强颜秀红梅树鹏姜春茂王辉柳燕姜华

（北方华安工业集团有限公司，黑龙江齐齐哈尔，161046）

0 引言

某型号炮弹（以下称为X 弹）所配的发射装药分为全变装药和减变装药两大类型。全变装药包含0 号和1 号两个装药号，减变装药包括2 ～6 号五个装药号。减变装药中的2 号装药在使用过程中曾出现过膛压异常升高到危险范围的现象，为了保证装药的使用安全，现已针对X 弹的减变装药开展结构改进设计工作。本文根据X 弹发射装药的固有特性，提出一种新的设计思想，为类似的发射装药设计提供一种借鉴。

1 原发射装药出现的问题

X 弹的2 号装药在使用过程中出现过膛压异常升高，达到危险范围的现象，这种情况可能造成的后果有：

a) 出现压力超过火炮强度，发生膛炸等严重事故，造成炮毁人亡，这是最严重的后果；

b) 导致膛压曲线形状发生剧变，而膛压曲线下的积分面积决定了弹丸的炮口初速，炮口初速波动增大，影响弹丸初速或然误差、地面密集度等性能，降低射击精确性；

c) 高膛压加大了单发射击火炮身管的磨损量，缩短火炮寿命[1]；

d) 异常高膛压还会伴随温度异常升高，使药筒金属发生过度烧蚀，经过高压气体的冲刷而发生药筒材料脱落，滞留膛内，形成异物留膛，对后续射击造成不利影响。

e) 异常高温同样会加剧火炮身管的烧蚀，造成身管材料脱碳、脆化等缺陷，缩短火炮寿命。

由于异常高膛压可能带来上述多种不良影响，对X 弹2 号装药进行改进已成为必须解决的问题。又因2 号装药与3 号～6 号装药同属减变装药，具有相同的装药结构，使用时通过增减药量来改变装药号，因此对2 号装药的改进设计演变为对全部减变装药5 个装药号的改进设计。

2 改进设计中出现的问题

在对X 弹减变装药改进设计过程中，出现的主要问题是各装药号难以同时达到理想的状态。通过结构调整，使小药量的装药号趋向理想状态时，大药量的装药号状态就会变差；反之亦然。分析原因为减变装药包含的装药号数目较多，共5 个装药号，每种装药号有常温、高温、低温三种试验条件，有膛压、膛压曲线、膛压压力差、初速、初速或然误差等多种考察指标[2]，需要同时满足的结果有七十余种。想要找到一种结构来同时满足这么多项要求，非常困难。通过反复摸索及调整，最终确定了一种适中方案，本文对此方案不进行介绍，以下将提出另一种个人见解。

3 新的设计思路

纵观X 弹的发射装药，其全变装药与减变装药分别采用不同的结构方案。全变装药的装药量最大，未出现膛压异常现象，说明全变装药的结构方案适应大药量的装药环境。减变装药的装药量从2 号到6 号逐级降低，除2 号装药外，3 号到6 号装药未出现膛压异常现象，其原因为2 号装药的药量最靠近全变装药，内弹道性能更接近全变装药而非减变装药，本应采用适应大药量装药环境的全变装药结构方案，却采用了并不适应大药量装药环境的减变装药结构方案，这是不考虑2 号装药客观性能，强行将其归入减变装药的思维定势造成的。因此，从根本上解决问题的方案为将2 号装药从减变装药中剔除，归入全变装药，并采用全变装药结构。

减变装药改进设计遇到的减变装药包含的装药号太多的困难迎刃而解，调整后的全变和减变装药包含的装药号数目更均衡。原全变装药包含2 个装药号，而减变装药包含5 个装药号，两者的数量分配很不均衡。调整之后，将2 号装药划归到全变装药中，使全变装药含3 个装药号，减变装药含4 个装药号，则两者装药号数目大体相当。

这样不需费力设计全新的装药结构，只是利用了原来的装药结构，稍作调整就解决了原2 号装药存在的问题，设计难度大幅降低。调整后2 号装药改用全变装药的结构，只需在1 号装药的基础上减少一定的药量即变成2 号装药，其设计过程简化为，通过1 号装药与2 号装药初速的差值，计算出两者药量的差值即可。而减变装药减少了一个装药号，剩余的4 个装药号仍可采用原结构，若有余力对原结构进行调整优化，可使减变装药性能更趋完善。

4 重新划分装药类型产生的作用及影响

4.1 优化外弹道性能

2 号装药由减变装药划归到全变装药，由于内弹道性能更趋于优良（2 号装药膛压与初速更稳定，初速或然误差减小），外弹道性能也随之得到提升[3]。

4.2 提高安全性

X 弹的装药中只有2 号装药出现过异常高膛压，其余6 个装药号均未出现过类似问题。其具体原因是X 弹的全变装药采用单一品种的多孔药，而减变装药由于要照顾6 号装药的退壳性（6 号装药由于药量少，膛压低，要求膛压不能低于一定的值，否则会影响退壳），采用单孔药与多孔药混合的装药模式。全变装药虽然药量最高，但多孔药燃烧遵循减面燃烧规律，气体生成速率逐渐降低，再加上弹丸运动引起膛内燃烧空间增大的影响，膛压是缓慢升高的，最高膛压值处于安全范围内。6 号装药及其邻近的几个装药号，一方面由于单孔药的增面燃烧效应，气体生成速率逐渐加快，膛压快速上升；另一方面压力快速上升又引起多孔药燃烧速率的增加[4]，进一步加剧了膛压的升高。这样就保证了小药量装药号（6 号装药等）退壳性能所要求的最低膛压。但由于6 号到3 号装药的药量少（即高燃速与小药量匹配），最大膛压值仍处于安全范围内。只有2 号装药，其药量已逐渐增加到临近全变装药的范围（即高燃速与大药量匹配），为异常高膛压的产生埋下了伏笔。若遇到长途运输颠簸、震动等情况使某些装药条件发生改变（如传火通道堵塞等），就会出现异常高膛压。

若将2 号装药划归到全变装药，采用全变装药结构（采用单一的多孔药、具有传火管等有利条件），则避免了高燃速与大药量匹配的情况，从而在根本上提高了装药的安全性。

4.3 提高装药的稳定性

6 号装药通过增加药量，逐渐变换为5 号、4 号、3 号装药，其变化过程属于同一个量变过程中。由3号装药变为2 号装药时，出现了质的变化。因此2 号装药与3 号～6 号装药的本质特性是不同的，强行划归到同一类型，且采用同一种结构来满足不同的性能要求，必然会导致性能的不稳定。由于2 号装药的性能更接近于全变装药，将其划归到全变装药中不会造成全变装药性质庞杂，却大大提高了减变装药性质的纯一性，提高了减变装药性能的稳定性。