推入式基本藥管殘片留膛原因查找及解決措施

張新華， 趙彩蓮， 薛淑波， 宋 彬

(安徽紅星機(jī)電科技股份有限公司，合肥 231135)

【基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究】

推入式基本藥管殘片留膛原因查找及解決措施

張新華， 趙彩蓮， 薛淑波， 宋 彬

(安徽紅星機(jī)電科技股份有限公司，合肥 231135)

推進(jìn)式迫擊炮發(fā)射裝藥發(fā)射過程中可能出現(xiàn)基本藥管殘片留在膛內(nèi)的故障，通過理論分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明推入式基本藥管后退是導(dǎo)致殘片留膛的主要原因，基本藥管的紙管強(qiáng)度低是造成基本藥管后退的原因；基本藥管的紙管水分含量低是造成紙管強(qiáng)度低的原因；通過排查，找出了導(dǎo)致基本藥管后退的原因，并采取了針對(duì)性的措施，消除了基本藥管后退的隱患，解決了基本藥管殘片留膛問題。

關(guān)基本藥管殘片；留膛；原因；解決措施

目前，迫擊炮彈發(fā)射裝藥基本藥管從與彈尾的裝配方式來分，主要有推入式和螺紋旋入式兩大類。推入式基本藥管采用基本藥管的紙管脹包與彈尾孔過盈配合進(jìn)行裝配，螺紋旋入式基本藥管采用螺紋聯(lián)接方式與彈尾裝配。

贠來峰等[1]從發(fā)射藥床破碎導(dǎo)致發(fā)射安全性問題的角度出發(fā),指出用基于起始負(fù)壓差和敏感度試驗(yàn)的壓力波安全性標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定發(fā)射裝藥發(fā)射安全性的依據(jù)不充分,而且可操作性差。金志明等[2]從實(shí)驗(yàn)和理論研究的兩個(gè)方面,介紹膛內(nèi)壓力波研究的歷史及狀況，并著重對(duì)壓力波的產(chǎn)生機(jī)理、定量描述、數(shù)值模擬和抑制技術(shù)等幾個(gè)方面進(jìn)行比較詳細(xì)的綜述。孫華等[3]介紹了紙制基本藥管因尾管壓力升高而出現(xiàn)的現(xiàn)象，分析了出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因，并探討了應(yīng)對(duì)措施和改進(jìn)方法，保證了高尾管壓下發(fā)射裝藥作用可靠性。柳維旗等[4]介紹了一種用傳感器測量迫擊炮彈基本藥管輸出壓力的方法。黃平等[5]指出利用傳感器測定迫彈尾管壓的新技術(shù),對(duì)分析、解決正樣機(jī)階段由于尾管壓不穩(wěn)定造成彈尾尾管炸裂故障發(fā)揮了重要作用，為該裝藥結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要的理論支撐。邱從禮等[6]研究了某型迫擊炮彈基本藥管發(fā)射安全性的評(píng)估方法。董亮等[7]應(yīng)用數(shù)值積分法計(jì)算了各種千擾因素對(duì)迫彈彈道的影響。徐勁祥等[8]利用發(fā)射裝藥擠壓破碎模擬試驗(yàn)裝置,對(duì)發(fā)射藥藥床進(jìn)行了系列擠壓試驗(yàn),對(duì)不同發(fā)射藥樣品進(jìn)行了密閉爆發(fā)器試驗(yàn)，研究了其擠壓破碎發(fā)射的密閉爆發(fā)器燃燒規(guī)律。金志明等[9]通過國內(nèi)外大量膛炸事故的破壞狀況與膛炸原因的統(tǒng)計(jì)分析,對(duì)各種膛炸模式的膛炸原因與機(jī)理作了詳細(xì)分析。贠來峰等[10]研究某平衡拋射的單兵反裝甲武器發(fā)射裝藥的發(fā)射安全性評(píng)估方法。

某型迫擊炮發(fā)射裝藥采用專用推入式基本藥管。在某次發(fā)射試驗(yàn)中，出現(xiàn)了基本藥管殘片留在炮膛內(nèi)的故障現(xiàn)象，導(dǎo)致下一發(fā)迫擊炮彈不能正常裝填、射擊，嚴(yán)重影響了射擊速度，并存在安全隱患。本文對(duì)基本藥管留膛原因進(jìn)行了分析，找出具體原因，并采取措施加以解決。

1 推入式基本藥管結(jié)構(gòu)及作用原理

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該基本藥管主要由底火、管座、紙管、點(diǎn)火藥盒、支撐架、中心管、管藥、封口墊圈、封口墊等組成,見圖1。

1.封口墊；2.封口墊圈；3.管藥；4.中心管；5.支撐架；6.點(diǎn)火藥盒；7.紙管(內(nèi)紙管、外紙管)；8.管座(外銅座、內(nèi)銅座、塞墊、保護(hù)罩)；9.底火

圖1 基本藥管結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 作用原理

該基本藥管的作用原理：迫擊炮閂擊針擊發(fā)底火，點(diǎn)燃點(diǎn)火藥盒，形成點(diǎn)火壓力，通過中心管點(diǎn)燃基本藥管管藥，并通過基本藥管紙管和迫彈彈尾尾管的噴孔形成尾管壓力，點(diǎn)燃附加裝藥，使迫擊炮彈獲得發(fā)射動(dòng)能?；舅幑艿闹行墓艿淖饔檬钦{(diào)整尾管壓力，使彈尾所承受的尾管壓力上下基本平衡，見圖2。

圖2 迫擊炮、彈及基本藥管作用原理示意圖

2 故障原因分析

留在膛內(nèi)的發(fā)射裝藥基本藥管的殘片主要是中心管、支撐架、管座、塞墊、紙管等零部件殘片(圖3)。

圖3 發(fā)射裝藥基本藥管留在膛內(nèi)的殘片

從基本藥管殘片中觀察，管座底部中心有底火殼殘?bào)w，外銅座、內(nèi)銅座、塞墊和保護(hù)罩無擊穿現(xiàn)象。經(jīng)測量，管座剪斷處為彈尾膨脹槽處，如圖4所示。

圖4 基本藥管管座剪斷位置圖

經(jīng)分析，基本藥管管座在此位置剪斷有兩種可能：管座強(qiáng)度低，尾管壓力將管座剪斷；管座退出彈尾剪斷。

為了驗(yàn)證管座強(qiáng)度低是不是造成故障原因，將管座外銅座厚度變薄，減小管座抗剪強(qiáng)度，進(jìn)行擊發(fā)試驗(yàn)，結(jié)果造成管座留膛，但留膛的管座形狀較完整，與實(shí)際故障管座殘?bào)w形狀明顯不同，見圖5。

圖5 管座外銅座強(qiáng)度低留膛的管座形狀

為了驗(yàn)證管座退出彈尾會(huì)不會(huì)造成管座剪斷，將基本藥管分別退出彈尾4 mm(管座剪斷處與彈尾端面對(duì)齊)進(jìn)行擊發(fā)試驗(yàn)，結(jié)果造成管座留膛，留膛的管座形狀與實(shí)際故障管座殘?bào)w一致，如圖6所示。

上述兩項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果表明：管座強(qiáng)度低不是造成故障的原因，而基本藥管管座后退，退出彈尾后剪斷是造成故障的原因。

故障批基本藥管擊發(fā)后基本藥管有正常和后退兩種狀態(tài)，正常作用的基本藥管完好、孔形規(guī)整，而基本藥管后退的紙管均不同程度的出現(xiàn)藥管橫斷、重疊孔、豎裂的現(xiàn)象。見圖7、圖8。后退的基本藥管紙管發(fā)干、較脆，經(jīng)分析，紙管水分含量較低。

圖6 基本藥管分別退出彈尾擊發(fā)前后圖

圖7 正?；舅幑軤顟B(tài)

圖8 后退基本藥管狀態(tài)

3 故障機(jī)理分析

推入式基本藥管裝配時(shí)，將基本藥管推入彈尾到位，通過基本藥管脹包與彈尾內(nèi)徑的過盈配合，使基本藥管卡在尾管內(nèi)。發(fā)射時(shí)，擊針撞擊底火，點(diǎn)燃黑火藥和管藥，形成點(diǎn)火壓力，此時(shí)基本藥管管殼受到軸向反作用力(與彈丸運(yùn)動(dòng)方向相反)和徑向壓力的作用。徑向壓力使基本藥管的管殼緊貼尾管內(nèi)壁，產(chǎn)生摩擦力，當(dāng)摩擦力大于軸向反作用力時(shí)，藥管不產(chǎn)生后退；隨著火藥氣體壓力的增大，外銅座膨脹嵌入尾管膨脹槽內(nèi)產(chǎn)生阻力,與摩擦力共同作用，阻止了基本藥管后退(圖9)。

如果徑向壓力過低，不能使基本藥管的管殼緊貼尾管內(nèi)壁，也不能使外銅座及時(shí)嵌入尾管膨脹槽內(nèi)并產(chǎn)生足夠的阻力，會(huì)導(dǎo)致基本藥管后退。

圖9 基本藥管作用受力示意圖

造成徑向壓力過低的原因是紙管強(qiáng)度低，紙管沖開彈尾尾孔的壓力相應(yīng)變低，使基本藥管紙管與尾管內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦力小于軸向反作用力，同時(shí)因壓力較低，外銅座不能及時(shí)有效脹入膨脹槽內(nèi)，造成了基本藥管后退。紙管水分含量對(duì)基本藥管紙管強(qiáng)度有明顯影響。

4 驗(yàn)證試驗(yàn)

為了驗(yàn)證紙管水分含量對(duì)基本藥管作用的影響，使用不同紙管水分含量的基本藥管進(jìn)行了擊發(fā)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 不同紙管水分含量基本藥管擊發(fā)試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明：基本藥管紙管水分含量低時(shí)基本藥管作用后有明顯后退的現(xiàn)象，低溫后退較常溫明顯；基本藥管紙管水分含量大于5.0%時(shí)，則無后退現(xiàn)象。

為了測試基本藥管后退對(duì)尾管壓力的影響，將基本藥管正常裝入彈尾狀態(tài)和后退4 mm狀態(tài)進(jìn)行尾管壓力測試(圖10)，結(jié)果對(duì)比見表2。

圖10 基本藥管裝入彈尾正常狀態(tài)(a),基本藥管凸出彈尾4 mm狀態(tài)(b)

表2 正常基本藥管和后退4 mm基本藥管尾管壓力測試結(jié)果對(duì)比表

發(fā)序基本藥管正常狀態(tài)尾管壓力/MPa上測壓點(diǎn)下測壓點(diǎn)基本藥管后退4mm尾管壓力/MPa上測壓點(diǎn)下測壓點(diǎn)1101.585.465.2138.4280.270.170.3125.7384.6110.868.7140.6487.298.882.4126.1593.593.564.698.8698.090.881.3120.6788.781.661.1110.2平均90.590.170.5122.9

可以看出，基本藥管在正常狀態(tài)下，上、下兩測壓點(diǎn)壓力較為平衡、穩(wěn)定。當(dāng)基本藥管后退4 mm后，上、下兩測壓點(diǎn)壓力差別變大，上測壓點(diǎn)壓力變小，下測壓點(diǎn)壓力變大，超出管座外銅座所能承受的理論抗剪能力(122 MPa)，同時(shí)管座后退，造成管座脫離彈尾內(nèi)孔保護(hù)，造成管座剪切留膛。

5 故障原因及預(yù)防措施

5.1 基本藥管后退原因

故障原因分析和驗(yàn)證試驗(yàn)表明，紙管水分含量低導(dǎo)致紙管強(qiáng)度低；紙管強(qiáng)度低導(dǎo)致的開孔壓力低，使基本藥管紙管與尾管內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦力小于軸向反作用力，外銅座不能及時(shí)有效脹入膨脹槽內(nèi)，造成了基本藥管后退，脫離了彈尾內(nèi)孔保護(hù)；基本藥管后退打破了尾管壓力的平衡，使管座受到的壓力異常升高，超出管座承受能力，管座被剪斷，最終導(dǎo)致基本藥管殘片留膛的故障。

5.2 解決措施

為了提高紙管的強(qiáng)度，控制紙管水分含量在6.0%～9.0%之間。在裝配前須對(duì)管殼進(jìn)行水分分析，分析結(jié)果應(yīng)符合要求；裝配過程中須重點(diǎn)控制裝配工房的溫、濕度，避免紙管在裝配過程中水分揮發(fā)；保證基本藥管包裝物的密封性能，使基本藥管在貯存過程中紙管的水分含量不降低。

同時(shí)，也要加強(qiáng)外銅座強(qiáng)度的控制，使其強(qiáng)度適中，既要能夠及時(shí)嵌入槽內(nèi)，也要有足夠的抗剪強(qiáng)度。

6 結(jié)論

本文對(duì)推入式基本藥管留膛原因進(jìn)行了分析以及試驗(yàn)驗(yàn)證，表明基本藥管后退使銅座處壓力異常升高是造成殘片留膛的原因；基本藥管的紙管強(qiáng)度低是造成基本藥管后退的原因；基本藥管的紙管水分含量低是造成紙管強(qiáng)度低的原因。綜上所述，通過采取控制紙管水分含量的措施能夠解決推入式基本藥管殘?bào)w留膛問題。

[1] 贠來峰，芮筱亭，王浩，等.對(duì)發(fā)射裝藥引起膛炸機(jī)理的討論[J].兵工學(xué)報(bào)，2007，28(2):153-157.

[2] 金志明.火炮膛內(nèi)壓力波研究述評(píng)及展望[J].彈道學(xué)報(bào)，1991(3):15.

[3] 孫華，潘會(huì)平.迫彈發(fā)射裝藥高尾壓下紙制基本藥管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)探討[J].機(jī)械管理開發(fā)，2010(2):30.

[4] 柳維旗，陳明華，許愛國，等.迫彈基本藥管輸出壓力測試方法研究[J].火工品，2008(4):45-47.

[5] 黃平，孫耀琪，史初蕾.迫擊炮彈發(fā)射裝藥尾管壓檢測方法研究[J].國防技術(shù)基礎(chǔ)，2005 (3):22-23.

[6] 邱從禮，侯日升.迫擊炮彈基本藥管低溫發(fā)射安全性分析[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2012，32(4):134-136.

[7] 董亮，王宗虎.迫擊炮炮彈近彈原因的探討[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，1984(4):9.

[8] 徐勁祥.發(fā)射裝藥擠壓破碎對(duì)燃燒規(guī)律的影響 [J].火炸藥學(xué)報(bào)，2007，30(3):69-71.

[9] 金志明，翁春生，張國強(qiáng).膛炸模式及其機(jī)理分析[J].兵工學(xué)報(bào)，2001，22(4):448-451.

[10]熊曉莉,黃誠,耿嘎,等.乙醇對(duì)硝酸錳熱分解的影響[J].重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，31(2)：70-73.

[11]贠來峰，芮筱亭，陳濤.一種平衡拋射單兵反裝甲武器發(fā)射裝藥低溫發(fā)射安全性分析[J].兵工學(xué)報(bào)，2010，31(4):429-433.

(責(zé)任編輯 唐定國)

Reason and Solution of Push Type Ignition Cartridge Pieces of Projectile Stayed in Bore

ZHANG Xin-hua， ZHAO Cai-lian， XUE Shu-bo， SONG Bin

(Anhui Hongxing Electrical Technology Co., Ltd., Hefei 231135, China)

Pusher mortars might have breakdown of having basic medicine pipe pieces stay in the chamber during launch charging process. Through the analysis and validation, we proved that push type ignition cartridge back is the main reason that leads to the projectile stay of pieces in bore and low basic medicine tube paper tube strength is the cause of basic medicine’s back. Through screening, we find out the cause of the back of ignition cartridge and took corresponding measures to eliminate the hidden danger of the ignition cartridge’s back. Finally, the problem of ignition cartridge pieces of projectile stayed in bore was solved.

basic medicine pipe pieces; stayed in bore; reason; countermeasure

2015-02-10

張新華(1970—)，男，工程師，主要從事發(fā)射裝藥和彈藥裝置研究。

10.11809/scbgxb2015.08.040

張新華，趙彩蓮，薛淑波，等.推入式基本藥管殘片留膛原因查找及解決措施[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2015(8):162-165.

format:ZHANG Xin-hua，ZHAO Cai-lian，XUE Shu-bo，et al.Reason and Solution of Push Type Ignition Cartridge Pieces of Projectile Stayed in Bore[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(8):162-165.

TJ410.3+44

A

1006-0707(2015)08-0162-04