某海炮復(fù)合增程炮彈底排藥工作異常原因解析

付朝新，韓長青，喬 華，楊 雨，王振旭

(國營第三七五廠，遼寧遼陽 111001)

某海炮復(fù)合增程炮彈是我海軍未來航母戰(zhàn)斗群大型驅(qū)逐艦列裝的重要信息化彈藥，其區(qū)別于傳統(tǒng)彈藥，具有射程遠(yuǎn)、威力大、智能化、高可靠性的特點，為了實現(xiàn)上述性能，需要承受高初速、高膛壓、高過載、高旋轉(zhuǎn)、高潮濕、高鹽霧等極端條件。作為復(fù)合增程彈增程核心部件底排藥工作可靠性是設(shè)計者和使用方高度關(guān)注的，研制過程中出現(xiàn)過彈丸發(fā)射出炮口底排異常工作現(xiàn)象，通過對底排火箭裝置故障排查、對比、改進設(shè)計、大樣本量驗證，底排藥工作異常得到根本解決，確保了復(fù)合增程炮彈可靠性，為其他同類彈藥研制提供了經(jīng)驗借鑒。

1 底排藥異常工作現(xiàn)象與分析

1.1 底排藥異常工作現(xiàn)象描述

某海炮復(fù)合增程彈方案優(yōu)化試驗過程中出現(xiàn)組平均射程偏近，個別發(fā)離群較遠(yuǎn)，使縱向密集度達不到1/150 戰(zhàn)技指標(biāo)要求。通過一定樣本量試驗發(fā)現(xiàn)共同特別:偏近的復(fù)合增程彈發(fā)射后在炮口段出現(xiàn)底排藥異常工作現(xiàn)象，主要表現(xiàn)個別發(fā)出炮口后炮口煙大、底排工作火光不明顯、炮口前彈道線200 m 左右發(fā)現(xiàn)有崩落底排藥碎藥或者空中有火星濺落，體現(xiàn)在落點上較正常彈丸近1 ～2 km 以上。

圖1 底排藥碎藥

1.2 故障排查分析

1.2.1 底排藥

采用制式丁羥燃-02 配方，通用藥型結(jié)構(gòu)，在同類復(fù)合增程彈和底排彈上經(jīng)過千發(fā)以上發(fā)射試驗考核，試制的樣品工藝技術(shù)成熟，產(chǎn)品經(jīng)過出廠嚴(yán)格的檢驗與測試，性能符合圖紙和驗收技術(shù)規(guī)范要求。按工藝技術(shù)要求，重新試制若干個批進行測試比對沒差異，裝配復(fù)合增程彈進行常溫試驗結(jié)果相近，每組都有1 ～2 發(fā)異常工作。

1.2.2 發(fā)射裝藥系統(tǒng)

采用AGu-15 21/19H + AGu15 19/19HB11 混合裝藥，此種裝藥經(jīng)過某產(chǎn)品近千發(fā)考核，低溫感效果顯著，內(nèi)彈道性能穩(wěn)定，符合圖紙和驗收技術(shù)規(guī)范要求。

1.2.3 底排裝置可靠性

為驗證底排藥工作異常與底排裝置的相關(guān)性，進行底排可靠性射擊試驗，采取底排工作，推進劑不工作，采用真底排藥，假推進劑，噴管為實芯假噴管見圖2 所示。底排可靠性試驗結(jié)果見表1 所示。

圖2 真底排假火箭裝置結(jié)構(gòu)

表1 底排可靠性試驗結(jié)果

復(fù)合增程彈底排可靠性試驗結(jié)果:底排藥全部正常工作，炮口底排火光一致性較好，沒有工作異?，F(xiàn)象，最大射程平均為34 609 m，縱向密集度達到1/419，達到了制式平底彈密集度水平，說明復(fù)合增程彈底排裝置與底排藥匹配較好，彈丸發(fā)射出炮口，經(jīng)過壓力突變后，底排藥沒有受到損傷，在底排引火藥的作用下迅速恢復(fù)正常燃燒工作，向彈底填質(zhì)加能，降低彈底阻力實現(xiàn)增程。

1.2.4 底排火箭結(jié)構(gòu)匹配

為考核驗證火箭發(fā)動機對底排藥工作的干擾程度，進行底排火箭結(jié)構(gòu)匹配試驗，采用真底排、真推進劑，噴管為實際發(fā)動機噴管見圖3 所示，常溫發(fā)射試驗結(jié)果見表2 所示。

圖3 原底排火箭裝置結(jié)構(gòu)

表2 底排火箭結(jié)構(gòu)匹配試驗結(jié)果

復(fù)合增程彈底排火箭匹配試驗結(jié)果:此組7 發(fā)射擊試驗，第二發(fā)、第五發(fā)，炮口黑煙較重，底排藥工作火光較暗淡，并且在炮口200 m 左右處，分別拾到了崩落的棕紅色底排藥碎藥。說明第二發(fā)、第五發(fā)復(fù)合增程彈，炮口泄爆過程中火箭部件可能對底排裝置造成了干擾，裝置內(nèi)部出現(xiàn)異?，F(xiàn)象［1］，近100 MPa 以上的高溫高壓火藥氣體不能同步瞬間排出，底排裝置內(nèi)部出現(xiàn)壓力振蕩，打破了作用于底排藥表面的受力平衡，對底排藥局部產(chǎn)生劇烈的沖擊、撕扯或剪切等破壞效應(yīng)，這種破壞力遠(yuǎn)超過復(fù)合增程彈體施加給底排藥表面的慣性力和底排藥產(chǎn)生的形變應(yīng)力［2］，導(dǎo)致底排藥局部破損，在底排藥恢復(fù)燃燒后燃?xì)鈱⒈缆涞牡着潘樗幋党龅着叛b置［3-5］，隨飛行彈道方向散落。

1.2.5 排查結(jié)果

對比圖2 和圖3 可以看出顯著差異，2 個底排裝置中噴管除了內(nèi)部不同:一個為實心假噴管，一個為真正噴管外;另一個顯著的差別是實心假噴管在底排裝置內(nèi)底部平滑過渡，而真噴管與底排裝置形成一個過渡圓臺。底排裝置可靠性試驗與底排火箭匹配試驗采用同一批底排藥，一個全部正常，一個出現(xiàn)異常，并且由于出炮口15s 后火箭推進劑才開始工作，推進劑不會影響底排藥炮口工作狀態(tài)，因此排除底排藥和推進劑是造成彈丸出炮口底排藥異常工作的主要原因，說明導(dǎo)致底排藥異常工作的根源可能是火箭噴管根部圓臺。

2 改進與驗證

2.1 改進

針對火箭噴管與底排裝置匹配問題可能是導(dǎo)致復(fù)合增程彈出炮口后底排異常工作的主要原因［6-9］，參照底排可靠性試驗實心噴管外型結(jié)構(gòu)，對原火箭發(fā)動機噴管進行優(yōu)化改進，取消根部圓臺，實現(xiàn)平滑過度，消除導(dǎo)致發(fā)射后火藥氣體在底排裝置內(nèi)部發(fā)生二次振蕩沖擊底排藥根源。改進后的底排火箭裝置結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 改進后底排火箭裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 驗證

按改進后的火箭噴管結(jié)構(gòu)尺寸進行加工裝配復(fù)合增程彈，并結(jié)合系統(tǒng)試驗進行驗證考核，先后進行常溫3 組、高低溫各1 組最大射程地面密集度射擊試驗，共試驗5 組35 發(fā)，試驗結(jié)果如表3 所示。

5 組射擊試驗結(jié)果，底排藥全部正常工作，最大射程與地面密集度達到戰(zhàn)技技術(shù)指標(biāo)要求，沒有出現(xiàn)彈丸出炮口后底排異常工作現(xiàn)象，證明原來火箭發(fā)動機部件與底排裝置不匹配是導(dǎo)致復(fù)合增程彈底排藥異常工作的根源。此后在樣機研制過程中改進后的底排火箭結(jié)構(gòu)又經(jīng)過130 余發(fā)大樣本量系統(tǒng)試驗考核，底排藥全部正常工作，無異常，最大射程與地面密集度滿足指標(biāo)要求。

表3 最大射程及地面密集度試驗結(jié)果

3 結(jié)束語

1)通過排查、對比，改進后大樣本量考核，證明某海炮復(fù)合增程彈原火箭噴管根部采用圓型臺結(jié)構(gòu)是造成底排藥發(fā)射后出炮口破碎和異常工作的根源。

2)火箭發(fā)動機與底排裝置是否最佳匹配是復(fù)合增程彈減阻增程和火箭助推增程可靠性的關(guān)鍵之一。

3)底排藥與底排裝置匹配滿足某海炮復(fù)合增程彈設(shè)計要求。

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