某自動機(jī)炸殼故障原因分析

李慶泉，陳 繼，劉樹新

(1.總裝備部重慶軍事代表局，重慶 400061;2.駐四九七廠軍事代表室，重慶 400071)

某高炮自動機(jī)在實彈射擊過程中出現(xiàn)了3次藥筒在藥室外炸裂故障，其現(xiàn)象是:

1)藥筒炸為數(shù)塊，后部呈開花狀;

2)底火上擊針擊痕明顯(見圖1所示);

3)輸彈滑筒、炮閂緩沖器損壞，閂體、閂座運(yùn)動不靈活，輸彈簧力嚴(yán)重下降;

4)射后的藥筒少數(shù)有被劃傷現(xiàn)象(見圖2所示)。

圖1 故障藥筒

圖2 射擊過程被劃破的藥筒

1 故障定位

1.1 自動機(jī)閉鎖機(jī)構(gòu)工作原理

該自動機(jī)采用導(dǎo)氣式工作原理，其閉鎖機(jī)構(gòu)為魚鰓撐板剛性閉鎖結(jié)構(gòu)，主要由閂體、閂座、擊針、閉鎖塊、支撐塊等組成［1-2］，如圖3 所示。

圖3 自動機(jī)閉鎖機(jī)構(gòu)組成及閉鎖狀態(tài)

閉鎖擊發(fā)過程:擊發(fā)時，在輸彈簧的作用下，輸彈滑筒帶動閂座、閂體、閉鎖塊等復(fù)進(jìn)，推彈入膛;關(guān)閂到位時，閂座推動閉鎖塊張開(如圖4所示)，使之進(jìn)入支撐塊，實現(xiàn)剛性閉鎖(如圖5所示);之后閂座繼續(xù)復(fù)進(jìn)20 mm，擊針打擊底火(如圖3所示);擊發(fā)后膛底壓力由藥筒底部作用于閂體，通過閉鎖塊、支撐塊傳遞到炮箱，同時楔緊閂座，使之始終處于左右閉鎖塊之間，保持機(jī)構(gòu)剛性閉鎖，直至開閂抽殼。

圖4 閉鎖開始(或解鎖結(jié)束)時狀態(tài)

開閂抽殼過程:當(dāng)彈丸越過身管上的導(dǎo)氣孔后，火藥氣體進(jìn)入氣室，推動輸彈活塞、撞擊輸彈滑筒，帶動閂座后坐，閂座運(yùn)動20 mm自由行程后，閉鎖塊失去閂座的支撐向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動解鎖(如圖5所示)，炮閂開始抽殼、后坐。

圖5 閂座自由行程臨界狀態(tài)

1.2 故障樹

根據(jù)自動機(jī)閉鎖原理和故障現(xiàn)象，建立藥筒膛外炸裂故障樹(見圖6所示)。

圖6中:T代表頂事件，藥筒炸裂;E1代表中間事件，關(guān)閂過程早發(fā)火;E2代表中間事件，藥筒強(qiáng)度不足;E3代表中間事件，開閂時膛內(nèi)壓力過大;E4代表中間事件，擊發(fā)后提前解鎖;X1代表底事件，底火早發(fā)火;X2代表底事件，擊針斷裂導(dǎo)致早擊發(fā);X3代表底事件，藥筒自身強(qiáng)度不夠;X4代表底事件，藥筒劃破引起強(qiáng)度不足;X5代表底事件，彈藥內(nèi)彈道異常;X6代表底事件，藥筒劃破引起內(nèi)彈道異常;X7代表底事件，閉鎖間隙過大;X8代表底事件，閉鎖機(jī)構(gòu)零件損壞;X9代表底事件，閂座反跳超過自由行程。

圖6 藥筒膛外炸故障樹

1.3 故障排查

1.3.1 關(guān)閂過程早發(fā)火

由于該自動機(jī)炮閂關(guān)閂過程對彈藥沖擊大，若底火沖擊感度過高則可能在閉鎖前早發(fā)火而導(dǎo)致膛外炸，但炸壞藥筒底火擊痕明顯，可排除底火早發(fā)火的可能。若擊針斷裂，可能在炮閂推彈時慣性前沖擊發(fā)底火，但自動機(jī)擊針完好，可排除因擊針斷裂導(dǎo)致早擊發(fā)的可能。

1.3.2 藥筒強(qiáng)度不足

如果藥筒強(qiáng)度過低，則可能在抽殼過程因不能承受殘余壓力而發(fā)生炸裂，經(jīng)復(fù)查，該批彈藥筒強(qiáng)度合格。檢查3個炸裂藥筒底部殘片長度分別為約25、35、90 mm，表明是在非正常抽殼狀態(tài)炸裂，與藥筒強(qiáng)度無關(guān)。

被劃破藥筒其破口位于藥筒斜肩部，通過預(yù)先對藥筒破口并進(jìn)行連發(fā)射擊試驗，未出現(xiàn)異常情況，可排除因藥筒劃破引起強(qiáng)度不足而導(dǎo)致膛外炸殼的可能。

1.3.3 開閂時膛內(nèi)壓力過大

該自動機(jī)是靠火藥氣體解鎖開閂，正常情況下開閂時膛內(nèi)只有較低的后效期壓力，如果內(nèi)彈道燃燒異常造成開閂時膛內(nèi)壓力高于藥筒所能承受的壓力，藥筒就會炸裂。但若開閂時膛內(nèi)壓力過高，抽殼力必然很大，必然在藥筒底緣形成明顯的抓殼鉤抽殼痕跡，經(jīng)檢查3個炸裂藥筒并無明顯抽殼痕跡。

通過預(yù)先劃破藥筒與正常藥筒的內(nèi)彈道對比試驗，兩者內(nèi)彈道參數(shù)基本一致，可排除因藥筒劃破引起內(nèi)彈道異常而導(dǎo)致開閂時膛壓過大的可能。

1.3.4 閉鎖不可靠

閉鎖間隙過大、閉鎖機(jī)構(gòu)零件損壞均可造成閉鎖不可靠。但經(jīng)檢查，自動機(jī)閉鎖間隙合格，閉鎖機(jī)構(gòu)零件狀態(tài)完整。

由該自動機(jī)的結(jié)構(gòu)原理可知，閉鎖擊發(fā)時閂座和閉鎖塊間的撞擊必然使閂座產(chǎn)生反跳，如反跳行程超過解鎖前自由行程則會造成炮閂提前解鎖。為分析射擊過程閂座的運(yùn)動情況，對5個自動機(jī)(含故障自動機(jī))進(jìn)行了共20組連發(fā)射擊過程高速攝像，每組彈最后一發(fā)使用無發(fā)射藥砂彈，以測試在不受膛底合力作用時閂座自由反跳的距離。測得閂座自由反跳距離達(dá)25.5～40.3 mm，超過20 mm自由行程;反跳距離達(dá)到20 mm所需的時間為5～11 ms。

1.4 原因定位及故障復(fù)現(xiàn)

根據(jù)故障排查可確認(rèn):在射擊中遇到彈藥點(diǎn)火延遲時間偏長時，由于閂座反跳越過了解鎖前自由行程，炮閂不能形成剛性閉鎖，造成藥筒退出身管并發(fā)生膛外炸殼。通過對使用彈藥的查證，該批彈的點(diǎn)火延遲時間離散程度相對其它批次較大，不排除個別偏長的可能。因此，閂座的反跳超過自由行程，造成閉鎖不可靠，是該故障的原因。

采用某種點(diǎn)火延遲時間偏長(9～10 ms)的彈藥進(jìn)行連發(fā)射擊試驗，第一組第2發(fā)即發(fā)生了藥筒炸裂，其現(xiàn)象與實彈射擊故障完全一致。

2 故障機(jī)理分析

根據(jù)該自動機(jī)的閉鎖原理，閂座在閉鎖擊發(fā)時存在反跳是其固有特性，由于該自動機(jī)沒有設(shè)置防反跳機(jī)構(gòu)，不能限制閂座反跳行程。彈藥發(fā)火后產(chǎn)生的膛底合力傳遞到閉鎖塊時閂座應(yīng)處于解鎖前自由行程內(nèi)，通過閂座、閉鎖塊、支撐塊的楔緊作用形成并保持機(jī)構(gòu)剛性閉鎖。因此該機(jī)構(gòu)閉鎖是否可靠依賴于彈藥點(diǎn)火延遲時間，若彈藥點(diǎn)火延遲時間偏長，則擊發(fā)后膛底合力的形成時間過長，膛底合力傳遞到閉鎖塊時，閂座已反跳退出自由行程而不能形成剛性閉鎖，膛底合力使閉鎖塊內(nèi)收解鎖，導(dǎo)致炮閂失去支撐，藥筒在膛內(nèi)壓力作用下推動炮閂后移并退出藥室，隨著火藥氣體壓力的迅速上升，藥筒承受不住內(nèi)壓力而炸裂。

3 改進(jìn)措施及驗證

此故障說明該自動機(jī)與彈藥存在匹配問題，而彈藥的點(diǎn)火延遲時間很難精確控制，其檢驗手段也只能采用抽樣統(tǒng)計，因此合理的改進(jìn)措施應(yīng)當(dāng)是控制閂座反跳行程，提高自動機(jī)對彈藥的包容性。

3.1 改進(jìn)方案

由于自動機(jī)的反跳是原理性的，限制閂座反跳行程只有增加設(shè)計防反跳機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)主要由安裝在炮箱兩側(cè)的兩套防反跳卡鎖組成，左右兩套卡鎖安裝位置前后錯位5 mm(見圖7所示)。

其工作原理是:當(dāng)右輸彈滑筒復(fù)進(jìn)到離終點(diǎn)5 mm時輸彈滑筒孔后斜面碰卡鎖，使其復(fù)進(jìn)稍受遲滯，左輸彈滑筒和閂座先復(fù)進(jìn)到位進(jìn)行擊發(fā)，在反跳時右輸彈滑筒與閂座相撞，抵消部分反跳能量。當(dāng)閂座帶動輸彈滑筒反跳時，卡鎖上的斜面再次消耗反跳能量從而減小反跳距離。

圖7 自動機(jī)防反跳機(jī)構(gòu)方案

3.2 改進(jìn)措施驗證

為驗證防反跳機(jī)構(gòu)的有效性，以及增加該機(jī)構(gòu)后對自動機(jī)工作循環(huán)的影響，進(jìn)行了鑒定試驗。結(jié)果表明:增加的防反跳機(jī)構(gòu)能有效地將閂座反跳行程控制在自由行程以內(nèi)，實現(xiàn)了對彈藥的包容，射擊安全性得到了有效保證。增加防反跳機(jī)構(gòu)后，該自動機(jī)功能、性能滿足技術(shù)要求，射擊循環(huán)未受明顯影響。

4 結(jié)束語

此故障的根本原因是彈炮匹配性存在缺陷，解決措施是完善設(shè)計。該型號自動機(jī)在使用中一次射擊接連發(fā)生3次炸殼故障，而在研制、生產(chǎn)過程射擊十余批數(shù)萬發(fā)彈，卻沒有發(fā)生過類似問題。故障的分析和解決告訴我們:研制過程應(yīng)加強(qiáng)彈炮匹配性分析、設(shè)計和驗證，在進(jìn)行設(shè)計計算時對涉及彈藥參數(shù)與自動機(jī)機(jī)構(gòu)動作匹配關(guān)系環(huán)節(jié)的簡化須慎重;自動機(jī)的設(shè)計應(yīng)充分考慮極限條件下的安全性，確保對彈藥和其它隨機(jī)不利因素的包容;研制試驗應(yīng)加強(qiáng)各種極限條件下自動機(jī)性能的考核與驗證。

［1］王志凇，唐力偉，曹進(jìn)華，等.某高炮自動機(jī)檢測技術(shù)研究［J］.火炮發(fā)射與控制學(xué)報，2012(3)：72-75.

［2］李杰仁，馬吉勝，鄭海起，等.某高炮自動機(jī)虛擬樣機(jī)仿真［J］.四川兵工學(xué)報，2009(6)：69-71.