超高射頻武器系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)設(shè)計方案構(gòu)思

楊毓平

（普洱軍分區(qū)墨江縣人民武裝部 云南 墨江 654800）

現(xiàn)代火炮技術(shù)研究的重點技術(shù)之一就是要提高火炮系統(tǒng)的射頻。將高新技術(shù)應(yīng)用于武器系統(tǒng)的研發(fā)，提高武器戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，是武器發(fā)展的必然趨勢。 本文將在相關(guān)原理和技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，給出超高射頻武器系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的兩套設(shè)計方案。

1 引言

早在20 世紀末， 在澳大利亞亮相的金屬風暴武器發(fā)射系統(tǒng)以其超高射頻被堪稱是一種革命性發(fā)射技術(shù)。 超高射頻武器的出現(xiàn)，突破了傳統(tǒng)武器結(jié)構(gòu)的概念，實現(xiàn)了遲滯已久的從傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)向新概念結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。 超高射頻武器的典型代表“金屬風暴”武器系統(tǒng)，仍使用常規(guī)發(fā)射藥， 但其結(jié)構(gòu)和原理則與傳統(tǒng)的機械式武器系統(tǒng)有著本質(zhì)的區(qū)別，單就發(fā)射本身而言，它既沒有活動的零部件，無供彈和拋殼機構(gòu)，也無開、閉鎖裝置，其主要機械部件僅是一個能夠容納多發(fā)彈丸及裝藥的身管。這種新型速射武器實現(xiàn)了超高頻發(fā)射、變射速發(fā)射、齊射發(fā)射，同時實現(xiàn)了從傳統(tǒng)的“機械式”發(fā)射到“電子式”發(fā)射，變頻發(fā)射范圍廣。

受傳統(tǒng)發(fā)射方式的限制，常規(guī)武器的單管最高射速一般難以突破2000 r／min。 而超高射頻武器，以其獨特的電子彈道發(fā)射技術(shù)，在單個槍管內(nèi)串聯(lián)放置多個彈頭，通過電子脈沖點火連續(xù)不斷地將彈丸從槍管內(nèi)“推”出，實現(xiàn)了單管60000 r／min 的超高射速，軍事實用性強，受到了國內(nèi)外武器專家和研究者的高度關(guān)注。

2 基本結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 超高射頻武器系統(tǒng)的基本原理

超高射頻武器系統(tǒng)身管中的每節(jié)發(fā)射藥都對應(yīng)設(shè)置有電子脈沖點火節(jié)點，電子控制裝置用來控制各槍管的發(fā)射順序及同一身管中各發(fā)射藥的點火間隔時間。 發(fā)射時，通過處理器控制設(shè)置在身管中的電子脈沖點火節(jié)點，可靠地點燃排列在武器身管中最前面一發(fā)彈丸的發(fā)射藥，發(fā)射藥瞬間燃燒產(chǎn)生的強大的火藥燃氣壓力推動前面的彈丸沿身管加速運動并飛出膛口。后面的一發(fā)彈丸頭部在第一發(fā)彈丸發(fā)射藥燃燒氣體的高溫作用下產(chǎn)生一定的膨脹， 與內(nèi)壁形成一定程度的擠壓，同時，通過設(shè)置密封裝置，有效防止燃氣后泄進而引燃后發(fā)彈發(fā)射藥，造成失控發(fā)射；通過設(shè)置定位裝置，確保每發(fā)彈丸在身管中的精確定位。

當點火控制裝置發(fā)出指令，點燃下一發(fā)彈的發(fā)射藥后，第二發(fā)彈丸才會被發(fā)射出去，其它彈丸則繼續(xù)保持被鎖定狀態(tài)。依此程序，每發(fā)彈丸順序從身管中發(fā)射出去。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可以多管并聯(lián)使用，適用于支援和保護作戰(zhàn)部隊，以及大型艦船、重要設(shè)施、重點區(qū)域的防空、反導(dǎo)武器系統(tǒng)，作為面壓制及拒止武器使用將更能發(fā)揮和體現(xiàn)出其超凡的優(yōu)越性。

對于該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，特別是較為詳細的設(shè)計，難以從一般的資料中查到。 金屬風暴公司發(fā)明專利中列出了一些基本的結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括縱向排列于槍管組件中的定向彈頭及裝藥設(shè)計，用于預(yù)定區(qū)域防御的可裝多個射彈的一管或多管炮的設(shè)計等。國內(nèi)學者對于超高射頻武器結(jié)構(gòu)的設(shè)計大多為貫序裝藥方式，設(shè)計了側(cè)裝藥金屬風暴武器系統(tǒng)及發(fā)射裝置，各發(fā)彈的藥室位于身管的側(cè)面；還有些學者基于串聯(lián)預(yù)裝填發(fā)射原理，設(shè)計了具有四條支撐腿的超高射頻武器系統(tǒng)的彈丸結(jié)構(gòu)、裝藥結(jié)構(gòu)等，并對其結(jié)構(gòu)合理性進行了實驗驗證。

2.2 基本結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

根據(jù)本人對“金屬風暴”武器發(fā)射系統(tǒng)的一些認識和研究，結(jié)合超高射頻武器系統(tǒng)的基本工作原理和特點，本人初步設(shè)計了兩種結(jié)構(gòu)方案。

方案一：

該方案中的武器發(fā)射系統(tǒng)由身管、一組在身管內(nèi)軸向排列的射彈及發(fā)射藥組成。 彈丸與彈丸之間由裝藥隔開。 每發(fā)彈丸彈頭部與尾部之間的彈體上套有密封裝置， 用來與套筒內(nèi)壁凹進部形成工作密封。方案一系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)示意圖（如圖1 所示）。

圖1 方案一系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)示意圖

系統(tǒng)中的點火引發(fā)裝置末端設(shè)有一固定在彈簧上的觸點，此觸點可以隨彈簧縮回，當裝藥裝填至觸點位置時，觸點隨彈簧縮回，使得裝藥能夠順利裝填到相應(yīng)位置， 同時點火觸點在彈簧作用下緊貼裝藥。這樣，保證了外部電點火控制裝置的可靠工作。

密封裝置是一個比身管和彈丸部分材料更易變形的環(huán)套，密封環(huán)套捏合后環(huán)繞于彈體周邊。 在發(fā)射時，高溫高壓火藥燃氣在推進前一發(fā)彈丸向前運動的同時，也作用于后一發(fā)彈丸，使之向后運動或有向后運動的趨勢。 此時，高溫下后發(fā)彈丸頭部會受熱膨脹，與管內(nèi)壁緊貼，膨脹的彈丸前部可起到一定的密封和固定彈丸位置的作用。同時，由于彈丸（其結(jié)構(gòu)前端直徑大于后端）向后運動（或有運動的趨勢），將套于其彈體上的密封環(huán)套“撐”開，并有向后運動的趨勢，密封環(huán)套就會牢牢緊貼于套筒內(nèi)壁凹進部分，實現(xiàn)了對高溫高壓燃氣的隔絕和密封，同時限制了彈丸的向后運動，保證了彈丸位置固定。

此方案中由于套筒和密封環(huán)套的特殊性，套筒設(shè)計為沿軸向剖開的兩個“半圓筒”（如圖2 所示）。

圖2 最后一發(fā)彈在膛中的位置

裝填時將彈丸和裝藥依次嵌入一半套筒內(nèi)，然后將另一半套筒蓋上，最后將排列好彈藥的整個套筒由后往前插入身管，完成彈藥裝填。最后一發(fā)彈丸后面不再裝填發(fā)射藥，其底部剛好與外部固定裝置相接觸，起到定位作用。

方案二：

圖3 方案二系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)示意圖

超高射頻武器系統(tǒng)彈丸的設(shè)計應(yīng)滿足以下基本要求：彈丸與彈丸之間、彈丸與身管之間能夠緊密配合；彈丸與彈丸之間，應(yīng)留有足夠的藥室空間；密封性能良好，保證前面一發(fā)彈丸藥室的高溫高壓火藥氣體不泄漏或是傳遞到后一發(fā)彈丸的藥室，引起自燃；彈丸尾部定位裝置有足夠的強度，確保在高膛壓重復(fù)沖擊作用下保持不變形，進而保證彈丸位置固定；彈頭表面有一定弧度，以減小彈的飛行阻力，提高彈丸飛行質(zhì)量。 根據(jù)上述要求，設(shè)計了系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)的第二套方案，系統(tǒng)示意圖（如圖3 所示）。

圖4 假彈及其身管底部示意圖

此方案簡化了彈丸結(jié)構(gòu)，彈丸尾部為支撐腿，每發(fā)彈丸的前端弧形彈頭正好頂在前面一發(fā)彈丸尾部，發(fā)射藥為圓環(huán)形，套在彈丸的圓柱形尾翼上。根據(jù)初速和膛壓的要求，設(shè)計適當?shù)闹瓮瘸叽?，在保證足夠的藥室空間的同時要保證彈腿有足夠的強度。 發(fā)射時，隨著火藥的點燃，產(chǎn)生的高溫高壓火藥燃氣壓力推動前面的彈丸向膛口方向運動，同時反作用力傳遞給后一發(fā)彈的支撐腿，每發(fā)射一發(fā)彈，還留在膛內(nèi)的彈丸就經(jīng)歷一次沖擊，越靠后的彈丸，其支撐腿受到?jīng)_擊的次數(shù)越多，如果在這種力的反復(fù)沖擊作用下，支撐腿變形，那么彈丸就會改變在彈筒中的位置，導(dǎo)致火藥與點火裝置錯位，產(chǎn)生不發(fā)火現(xiàn)象，進而影響整個系統(tǒng)的發(fā)射可靠性。 密封裝置為兩道嵌入彈丸頭部的圓環(huán)，材料與方案一密封材料相同， 在裝填時與身管內(nèi)壁形成過盈配合，設(shè)置兩道密封是為了更好地保證對前發(fā)彈發(fā)射藥高溫氣體的隔絕，同時有利于彈丸在膛內(nèi)定位。

此方案中彈藥的裝填方向為由前向后依次裝填。在身管的尾部設(shè)計有一與彈頭弧形部形狀一致的“假彈”，其作用是支撐定位及保證藥室空間的一致性。

3 結(jié)語

本人基于對“金屬風暴”武器發(fā)射系統(tǒng)及超高射頻武器技術(shù)的學習和研究，構(gòu)思了超高射頻系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的兩套初步設(shè)計方案。 方案一中系統(tǒng)的彈丸間由裝藥隔開，每發(fā)彈丸彈頭尾間的彈體上套有密封裝置，套筒設(shè)計為沿軸向剖開的兩個“半圓筒”，起到良好的定位作用；方案二中簡化了彈丸結(jié)構(gòu)，彈丸尾部為支撐腿，每發(fā)彈丸前端弧形彈頭正好頂在前發(fā)彈丸尾部，發(fā)射藥為圓環(huán)形，套在彈丸的圓柱形尾翼上，在身管的尾部設(shè)計有一與彈頭弧形部形狀一致的“假彈”，其作用是支撐定位及保證藥室空間的一致性。以上兩種方案還只是筆者的初步構(gòu)思，還需在后期作進一步地細致深入地研究。

［1］楊毓平.超高射頻武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計及數(shù)值計算[D].南京:南京理工大學,2010.

［2］季新源,袁亞雄,張小兵,等.超高射頻武器系統(tǒng)的設(shè)計與分析[J].兵工學報,2007,(28)8:1022-1024.