大口徑艦炮制導(dǎo)炮彈裝填方式

張?jiān)平?，賈蘭俊，李洪果，彭松江

(中國船舶重工集團(tuán)公司 第七一三研究所，河南 鄭州450015)

0 引 言

制導(dǎo)炮彈是一種高新技術(shù)炮彈，它使火炮這類間接瞄準(zhǔn)殺傷武器具備了遠(yuǎn)距離精確打擊點(diǎn)目標(biāo)的能力。相對(duì)于常規(guī)炮彈而言，制導(dǎo)炮彈具備首發(fā)命中、費(fèi)效比高、射程遠(yuǎn)等優(yōu)勢(shì);相對(duì)于發(fā)射及制導(dǎo)系統(tǒng)復(fù)雜的其他制導(dǎo)武器而言，制導(dǎo)炮彈具有較為低廉的價(jià)格以及毫不遜色的制導(dǎo)精度。

近年來，制導(dǎo)炮彈在我國發(fā)展迅速，并已經(jīng)在陸軍某型自行火炮上得到了廣泛應(yīng)用，由于制導(dǎo)炮彈多為分裝式結(jié)構(gòu)，其在自動(dòng)化程度較高的艦炮上的裝填有別于常規(guī)炮彈，本文分析國內(nèi)外現(xiàn)狀，提出多種裝填方案進(jìn)行類比分析，對(duì)制導(dǎo)炮彈在大口徑艦炮上的裝填方式進(jìn)行探討。

1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代，隨著光電技術(shù)、微電子技術(shù)以及現(xiàn)代尋的技術(shù)的長足進(jìn)步，世界軍事領(lǐng)域開始關(guān)注常規(guī)火炮彈藥制導(dǎo)化的研究。

早期的制導(dǎo)炮彈采用激光半主動(dòng)末制導(dǎo)方式，由于激光半主動(dòng)制導(dǎo)炮彈進(jìn)入末制導(dǎo)階段后激光目標(biāo)指示器需保持照射狀態(tài)一定時(shí)間，致使發(fā)射后很長一段時(shí)間內(nèi)前方觀測人員不能離開陣地，增加了前方人員的危險(xiǎn)系數(shù)，且激光制導(dǎo)受到天氣以及煙霧等因素的影響較大，進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，以美國為首的西方國家開始研制INS/GPS 復(fù)合制導(dǎo)等多種制導(dǎo)方式的制導(dǎo)炮彈。

以美增程制導(dǎo)炮彈(ERGM)為例，其彈丸包括尾翼、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、炸藥載荷、控制作動(dòng)器系統(tǒng)、制導(dǎo)電子單元等組成，其作戰(zhàn)過程是:彈丸發(fā)射后沿彈道飛行，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)隨后點(diǎn)燃;到達(dá)彈道最高點(diǎn)時(shí)制導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)出指令，展開彈頭前端的鴨式翼并開始接收GPS 信號(hào)、調(diào)整彈丸的飛行彈道;彈丸到達(dá)適宜位置時(shí)進(jìn)入滑翔下降過程，炮彈飛行到目標(biāo)上空后垂直落下，彈藥戰(zhàn)斗部得以最大限度的發(fā)揮效能。

目前，制導(dǎo)炮彈的發(fā)射平臺(tái)也開始由陸軍火炮擴(kuò)展到海軍的艦炮，由于射程和威力的增加，使得通過艦炮發(fā)射的制導(dǎo)炮彈不但能準(zhǔn)確攻擊岸基目標(biāo)，也可通過多彈同時(shí)彈著的方式攻擊各種大型水面艦艇，同時(shí)還可執(zhí)行反導(dǎo)防衛(wèi)的任務(wù)。

艦炮發(fā)射制導(dǎo)炮彈在國外應(yīng)用較為廣泛，如美國AGS 艦炮，意大利OTO－127 艦炮等。

美國AGS 艦炮為DDG 1000 驅(qū)逐艦主炮，其彈藥為分裝式遠(yuǎn)程對(duì)陸攻擊炮彈(LRLAP)，據(jù)報(bào)道其射速可達(dá)10 發(fā)/分，射程大于83 km。

圖2 美AGS 艦炮Fig.2 Advanced gun system

AGS 艦炮的裝填方式為垂直裝填，發(fā)射前將俯仰部分帶到垂直位，接彈裝置首先將彈丸與藥筒提出，下?lián)P彈機(jī)活動(dòng)筒將彈丸提升，轉(zhuǎn)彈裝置再將藥筒轉(zhuǎn)至彈丸下方，由揚(yáng)彈機(jī)將彈丸與藥筒一起提升入膛。

圖3 美MK 45 艦炮Fig.3 MK 45 Mode 4

美國MK 45 Mod4 艦炮列裝于“阿利·伯克”級(jí)驅(qū)逐艦，美國海軍1994年開始為MK 45型127 mm艦炮研制EX－171 增程制導(dǎo)炮彈(ERGM)，并從2002年開始進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。ERGM 彈藥為分裝式，彈藥部長1.55 m，重50 kg，需要2 次裝填，射速為10 發(fā)/分，由于射程和重量的因素，增程制導(dǎo)彈藥發(fā)射時(shí)炮口動(dòng)能較高，將會(huì)大大降低身管壽命，MK 45 Mod4 艦炮可發(fā)射超過8 000 發(fā)常規(guī)彈，而僅能發(fā)射不到3 000 發(fā)制導(dǎo)炮彈。

圖4 意大利OTO－127 艦炮Fig.4 Italy OTO－127

意大利為本國海軍127 mm 艦炮和陸軍155 mm火炮研制的“火山”系列炮彈，其遠(yuǎn)程制導(dǎo)型仍采用INS/GPS 復(fù)合制導(dǎo)。但由于其彈體結(jié)構(gòu)由可自由旋轉(zhuǎn)的尾部(包括戰(zhàn)斗部)和固定頭部組成，表明該制導(dǎo)炮彈彈體尾部在飛行過程中仍呈旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，通過將制導(dǎo)部件安裝在固定的頭部解決了INS/GPS 在旋轉(zhuǎn)飛行炮彈中應(yīng)用的問題。由于選擇了次口徑加尾翼穩(wěn)定的設(shè)計(jì)替代火箭增程技術(shù)來增大炮彈的射程，使得火山外形相對(duì)緊湊，可進(jìn)行1 次裝填發(fā)射，提高了射速，可讓5～10 發(fā)炮彈同時(shí)命中20～80 km 距離內(nèi)的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)多彈同時(shí)彈著。

2 制導(dǎo)炮彈裝填方案

按照彈丸與裝藥藥筒(藥包)之間的裝配關(guān)系，炮彈可分為定裝式炮彈、藥筒分裝式炮彈和藥包分裝式炮彈3 類。定裝式炮彈的彈丸和裝藥藥筒結(jié)合為1個(gè)整體，射擊時(shí)一次裝入炮膛。藥筒分裝式炮彈的彈丸和裝藥藥筒不為一體，發(fā)射時(shí)先裝彈丸，再裝藥筒。藥包分裝式炮彈的彈丸、藥包和點(diǎn)火門管分3 次進(jìn)行裝填。

對(duì)于大口徑艦炮的彈藥來說，由于威力及射程的要求，炮彈的重量大、炮口動(dòng)能高。故其制導(dǎo)炮彈的彈丸部較長，多采用藥筒分裝式結(jié)構(gòu)。針對(duì)分裝式制導(dǎo)炮彈而言，其裝填方式可分為:2 次裝填、雙路供彈一次裝填、垂直裝填等方式。

2.1 兩次裝填方案

此方案可應(yīng)用于大多數(shù)已裝備艦炮，將分裝式的制導(dǎo)炮彈按彈丸部與藥筒部依次裝載至艦炮彈鼓，發(fā)射時(shí)分2 次裝填彈丸與藥筒。彈鼓位于艦炮發(fā)射系統(tǒng)下方，為艦炮長連發(fā)射擊循環(huán)提供充足的彈藥，彈鼓與艦炮發(fā)射系統(tǒng)通過揚(yáng)彈機(jī)相連。艦炮發(fā)射系統(tǒng)內(nèi)的供彈裝置用以將揚(yáng)彈機(jī)上揚(yáng)的彈藥輸送至炮膛內(nèi)。其發(fā)射過程為，首先將制導(dǎo)炮彈的彈丸與藥筒間隔輸送至艦炮彈鼓內(nèi)，其次彈丸經(jīng)揚(yáng)彈機(jī)到供彈裝置并由供彈裝置輸送入膛，之后藥筒也由相同路徑輸送入膛后擊發(fā)射擊。

如圖5所示，輸彈通道內(nèi)為待入膛的藥筒，身管內(nèi)為已入膛的制導(dǎo)彈丸。

其優(yōu)勢(shì)為對(duì)現(xiàn)有艦炮改動(dòng)較小，易于實(shí)現(xiàn)。

其缺點(diǎn)如下:

圖5 兩次裝填方案Fig.5 The two loading scheme

1)降低艦炮射速，每發(fā)彈都需要裝填2 次，大大增加了單發(fā)入膛時(shí)間，對(duì)于利用外能裝填的艦炮可直接裝彈，而對(duì)于利用后坐儲(chǔ)能裝彈的艦炮，在裝填藥筒時(shí)則需要人工儲(chǔ)能;

2)彈丸首先入膛，藥筒再次輸彈入膛時(shí)對(duì)彈丸有較大的撞擊，可能會(huì)對(duì)炮彈造成一定程度的破壞。半行程輸彈方式的艦炮對(duì)輸彈速度要求較高，此類破壞會(huì)更加嚴(yán)重;

3)由于彈丸的輸彈距離長，高角裝填時(shí)，若彈丸嵌膛不緊易發(fā)生回落現(xiàn)象;

4)藥筒外形有別于彈丸前端的錐形結(jié)構(gòu)，其前端多為薄壁的筒狀結(jié)構(gòu)，在輸彈過程中易發(fā)生碰撞變形，影響入膛后與彈丸的對(duì)接。

2.2 雙路供彈一次裝填方案

對(duì)于具備雙路供彈通道的艦炮來說，可采用兩路分別裝填制導(dǎo)彈丸與藥筒，再利用輸彈機(jī)構(gòu)將制導(dǎo)彈丸與藥筒一起輸彈入膛。

雙路供彈通道的艦炮多對(duì)應(yīng)雙彈鼓結(jié)構(gòu)，在彈鼓裝彈時(shí)可將彈丸與藥筒分開裝載，發(fā)射時(shí)由左右揚(yáng)彈機(jī)分別將彈丸與藥筒輸送到左右供彈裝置內(nèi)。雙通道艦炮發(fā)射系統(tǒng)包括炮身、炮尾、左供彈裝置、右供彈裝置、輸彈裝置等，左右供彈裝置接收揚(yáng)彈機(jī)輸送的彈藥并將其供彈至輸彈通道上，輸彈裝置用以將輸彈通道上的彈藥輸送至炮膛內(nèi)。

其裝填方案如圖6所示，以右路裝填制導(dǎo)彈丸，左路裝填藥筒為例。射擊時(shí)，右供彈裝置首先將制導(dǎo)彈丸推送至輸彈線上，由輸彈裝置的前彈托將彈丸向炮口方向推動(dòng)以讓開供彈位置;左供彈裝置隨即將藥筒推送至輸彈線上，前彈托轉(zhuǎn)開，后彈托將藥筒和彈丸一起輸送入膛。

圖6 雙路供彈一次裝填方案Fig.6 Two way for a projectile loading scheme

其優(yōu)勢(shì)為:

1)保證了艦炮的射速，對(duì)于采用外能源供彈的艦炮可直接進(jìn)行雙路交替供彈。

對(duì)于后坐儲(chǔ)能供彈的艦炮，可利用后坐時(shí)雙路儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)兩側(cè)的供彈，連發(fā)時(shí)無需進(jìn)行人工儲(chǔ)能，節(jié)省了單發(fā)入膛時(shí)間;

2)藥筒對(duì)彈丸的撞擊較小，由于藥筒前端外壁多包絡(luò)彈丸底端，在輸彈過程中藥筒不易發(fā)生碰撞變形;

3)彈種切換方便，且不影響發(fā)射常規(guī)彈射速，多彈種兼容性強(qiáng)。

其劣勢(shì)為:

1)對(duì)艦炮的改動(dòng)較大，特別是輸彈裝置需進(jìn)行重新調(diào)整，設(shè)置前后彈托;

2)左右供彈線路切換頻繁，輸彈裝置動(dòng)作復(fù)雜，增加了控制系統(tǒng)的難度;

3)高角輸彈時(shí)，前彈托的脫開會(huì)造成制導(dǎo)彈丸回落，撞擊藥筒。

2.3 垂直裝填

垂直裝填是一種固定角度裝填的方式，裝填時(shí)將俯仰部分帶至垂直位，此時(shí)炮膛中心線與揚(yáng)彈筒中心重合，由揚(yáng)彈機(jī)將彈藥直接輸送入膛。垂直裝填的艦炮優(yōu)化了供彈線路，取消了發(fā)射系統(tǒng)的供彈、輸彈裝置，彈藥從彈鼓甚至彈庫內(nèi)經(jīng)揚(yáng)彈機(jī)直接輸送入膛。

中心揚(yáng)彈是此類艦炮的特點(diǎn)，揚(yáng)彈筒的中心即艦炮的回轉(zhuǎn)中心，此類艦炮多為外能裝彈。垂直裝填艦炮的彈藥將彈丸與藥筒成組，同時(shí)提升到裝彈位，提升時(shí)彈丸直接到揚(yáng)彈筒內(nèi)，而藥筒則提升至其側(cè)方，其揚(yáng)彈機(jī)配有轉(zhuǎn)彈裝置與活動(dòng)襯筒，活動(dòng)襯筒用以將揚(yáng)彈筒內(nèi)的彈丸向上提升讓位，裝彈裝置用以將側(cè)方的藥筒轉(zhuǎn)至已讓位的彈丸下方。

其裝填方案如圖7所示，射擊時(shí)，將制導(dǎo)彈丸與藥筒同時(shí)提升至裝彈位;制導(dǎo)彈丸被直接提升到揚(yáng)彈筒內(nèi)，藥筒被提升至揚(yáng)彈筒側(cè)方的轉(zhuǎn)彈裝置內(nèi)，同時(shí)艦炮俯仰部分帶到垂直位;揚(yáng)彈筒內(nèi)的活動(dòng)襯筒帶動(dòng)制導(dǎo)彈丸向上提升讓開裝彈位;轉(zhuǎn)彈裝置將藥筒轉(zhuǎn)入揚(yáng)彈筒后，揚(yáng)彈筒內(nèi)的彈托帶動(dòng)藥筒與制導(dǎo)彈丸一起入膛。

其優(yōu)勢(shì)為:

圖7 垂直裝填方案Fig.7 Vertical loading scheme

1)縮短了供彈線路，節(jié)約了供彈時(shí)間;

2)結(jié)構(gòu)簡單，供彈裝置大大簡化，可靠性隨之大大提高。

其劣勢(shì)為:

1)固定角度裝填有別于任意角度裝填，裝填后需將俯仰部分帶至射擊角度，增加了射擊循環(huán)時(shí)間，降低了射速;

2)此類方式多適用于專門發(fā)射制導(dǎo)炮彈的艦炮，多彈種兼容性低。

3 結(jié) 語

通過對(duì)分裝式制導(dǎo)炮彈裝填方式的探討，可以發(fā)現(xiàn)大口徑艦炮制導(dǎo)炮彈的應(yīng)用存在以下幾方面需注意的問題:

1)對(duì)于單路供彈的艦炮，若采用2 次裝填方案，可優(yōu)化制導(dǎo)炮彈結(jié)構(gòu)，在彈丸與藥筒接觸部位增加緩沖件以減小其碰撞力;或結(jié)合一次裝填方案，改進(jìn)輸彈裝置，先將彈丸前移讓位，待藥筒到輸彈線后一次輸彈到位。

2 次裝填時(shí)，可調(diào)整輸彈機(jī)構(gòu)設(shè)置不同的輸彈速度，適當(dāng)提高輸送彈丸時(shí)的輸彈速度，保證彈丸嵌膛緊密，防止其在高角輸彈時(shí)發(fā)生回落，同時(shí)在保證輸彈到位的基礎(chǔ)上盡可能的降低輸送藥筒時(shí)的速度，以減小其碰撞力。

2)雙路供彈一次裝填方案需對(duì)輸彈裝置進(jìn)行改進(jìn)，機(jī)構(gòu)動(dòng)作復(fù)雜且增加了控制難度?？刹捎萌鐖D8所示鏈?zhǔn)捷攺椃桨?，同樣設(shè)置前后2個(gè)彈托，彈丸到輸彈線后鏈條低速轉(zhuǎn)動(dòng)使彈丸前移，待藥筒到輸彈線后鏈條高速轉(zhuǎn)動(dòng)，雙彈托同時(shí)帶動(dòng)彈丸和藥筒入膛。

圖8 鏈?zhǔn)捷攺椃桨窮ig.8 Chain feeding scheme

3)垂直裝填方案應(yīng)用較少，且有一定的局限性，可在任意角裝填常規(guī)彈藥的基礎(chǔ)上，增設(shè)垂直裝填線路，專門裝填制導(dǎo)炮彈。

制導(dǎo)炮彈在大口徑艦炮上的應(yīng)用，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，綜合考慮戰(zhàn)術(shù)需求、原有裝填結(jié)構(gòu)等因素，進(jìn)一步深入研究，選擇適當(dāng)?shù)难b填方式。

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