某底排彈引信彈道早炸原因分析*

劉 猛，曲凡軍，倪慶杰，謝 飛

(1 海軍駐沈陽彈藥專業(yè)軍事代表室，沈陽 110045;2 遼沈工業(yè)集團(tuán)有限公司，沈陽 110045)

0 引言

部隊(duì)在進(jìn)行某底排彈實(shí)彈射擊訓(xùn)練時，發(fā)生彈道早炸現(xiàn)象，停止了射擊。同年，另一個部隊(duì)在使用同一批產(chǎn)品進(jìn)行射擊試驗(yàn)時，也發(fā)生了彈道早炸現(xiàn)象。試驗(yàn)用機(jī)械觸發(fā)引信，裝定為瞬發(fā)，射角分別為13°和15°。彈道炸點(diǎn)位置距炮口分別約550 m和700 m，從現(xiàn)場回收破片分析，是由引信引爆彈丸，彈丸爆炸完全。

試驗(yàn)后，對試驗(yàn)用火炮進(jìn)行了檢查，身管膛線無損傷，炮口制退器完好。裝填手及射手均按操作規(guī)程進(jìn)行，沒有違反操作規(guī)定的現(xiàn)象發(fā)生。

故障出現(xiàn)后，進(jìn)行了原因分析。

1 故障排查情況

該底排彈為分裝式炮彈，由半備彈丸、引信、發(fā)射裝藥等組成。底排為煙火藥劑，配某型機(jī)械觸發(fā)引信。故障出現(xiàn)后，制定了排查分析大綱，從產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)及批次產(chǎn)品進(jìn)行了排查。

1)技術(shù)、生產(chǎn)狀態(tài)檢查情況

該型底排彈配用的機(jī)械觸發(fā)引信是已定型的引信，在設(shè)計(jì)定型和生產(chǎn)時進(jìn)行了適配性試驗(yàn)。

該產(chǎn)品在設(shè)計(jì)定型及生產(chǎn)定型時，最大射程及地面密集度試驗(yàn)項(xiàng)目(45°射角)共進(jìn)行了105發(fā)射擊，試驗(yàn)過程中無異常現(xiàn)象，滿足產(chǎn)品戰(zhàn)技指標(biāo)要求，通過了設(shè)計(jì)定型和生產(chǎn)定型。

出現(xiàn)故障后，公司組織對該型產(chǎn)品歷年生產(chǎn)交驗(yàn)情況進(jìn)行了檢查，從設(shè)計(jì)定型后開始生產(chǎn)至目前，已累計(jì)生產(chǎn)50個批184 000發(fā)產(chǎn)品，生產(chǎn)交驗(yàn)累計(jì)射擊實(shí)彈625發(fā)(45°角射擊)，均未出現(xiàn)彈道早炸及其它異常情況。

出現(xiàn)故障批產(chǎn)品進(jìn)行了兩組最大射程及地面密集度生產(chǎn)交驗(yàn)，均滿足指標(biāo)要求。

2)實(shí)物靜態(tài)檢查

為了查清產(chǎn)生引信早炸原因，公司申請從部隊(duì)調(diào)回220發(fā)同批產(chǎn)品。對該批產(chǎn)品進(jìn)行了加工尺寸及結(jié)構(gòu)參量檢查、彈體裝藥檢查、底排的裝配質(zhì)量、底排裝置靜態(tài)點(diǎn)火試驗(yàn)及引信零部件加工尺寸及彈簧抗力等方面的檢查，均滿足規(guī)定要求，沒有發(fā)現(xiàn)異常。

3)動態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證情況

①章動角測試

抽取該批50發(fā)產(chǎn)品進(jìn)行動不平衡度測試，選取7發(fā)動不平衡度大的彈丸進(jìn)行了紙靶法實(shí)彈章動角測試。通過章動角數(shù)據(jù)分析，最大章動角為7.26°，按周期衰減，有逐步趨于穩(wěn)定的趨勢。測試結(jié)果見圖1。

圖1 章動試驗(yàn)測試結(jié)果

②地面密集度及引信發(fā)火性試驗(yàn)

從調(diào)回的產(chǎn)品中，隨機(jī)選取30發(fā)分為3組進(jìn)行地面密集度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

3組地面密集度試驗(yàn)，全彈道飛行安全，引信正常作用。雷達(dá)跟蹤數(shù)據(jù)顯示未見異常，內(nèi)彈道及外彈道飛行過程未見異常。除未裝填到位的一組外，其余兩組彈地面密集度滿足1/180的指標(biāo)要求。

表1 地面密集度試驗(yàn)結(jié)果

2 理論計(jì)算分析

彈丸出炮口飛行過程中，機(jī)械引信在解除保險(xiǎn)后，如果飛行彈丸出現(xiàn)較大的章動運(yùn)動，產(chǎn)生較大的軸向慣性加速度，達(dá)到引信的發(fā)火條件，引信作用［1］。

對該型底排彈出炮口后的加速度進(jìn)行計(jì)算分析。

1)軸向慣性加速度計(jì)算

飛行彈丸的軸向慣性加速度是由章動及由空氣阻力和重力兩部分引起的［2］。

①由章動引起的軸向慣性加速度計(jì)算

根據(jù)外彈道理論，由章動引起的軸向加速度aδ慣軸的計(jì)算公式為［3］:

aδ慣軸～δm曲線如圖2所示。

圖2 最大軸向慣性加速度隨最大章動角變化曲線

②由空氣動力及重力引起的軸向慣性加速度

根據(jù)外彈道理論，由空氣阻力及重力形成的軸向慣性加速度 a氣慣軸的計(jì)算公式為［3］:

式中:在2.1 Ma 下，aτ=44.191 2 m/s2;aN=430.220 4 δmm/s2。

相比較，由章動引起的加速度要遠(yuǎn)大于空氣阻力引起的加速度。

③軸向慣性加速度綜合計(jì)算結(jié)果

當(dāng)射角為 10°、15°、50°時，考慮 aδ慣軸及 a氣慣軸時的前加速度結(jié)果如表2所示。

該彈配的機(jī)械引信活機(jī)體抗軸向慣性加速度為24.5g，查表，對應(yīng)的章動角 δm=15.5°，也就是說，如果彈丸的章動角達(dá)到15.5°時，產(chǎn)生的軸向慣性加速度就可能使引信作用。

表2 計(jì)算結(jié)果

2)底排工作異常引起的軸向慣性加速度計(jì)算

如果出炮口底排殼體、擋藥板脫落，會改變彈丸的飛行參數(shù)，影響飛行穩(wěn)定性，產(chǎn)生較大的章動力。通過對回收破片以及早炸點(diǎn)在彈道線上分析，可以排除出炮口底排裝置、擋板脫落等因素。對底排藥劑工作不正常引起的軸向慣性加速度進(jìn)行計(jì)算。按照底排工作異常最嚴(yán)重的情況——底排藥劑突然熄火條件計(jì)算(速度降按50 m/s考慮)。結(jié)果表明，熄火前的空氣阻力加速度為3 g，熄火后的空氣阻力加速度為4 g，變化不大，這點(diǎn)變化不足以對引信正常工作造成影響。

3 原因分析與結(jié)論

1)故障分析排查情況

①對彈道炸現(xiàn)場回收的破片分析

據(jù)了解，彈丸爆炸點(diǎn)在原設(shè)定的彈道線上，通過對炸點(diǎn)附近回收破片分析(見圖3)，底排殼體中間凹，兩端外掰，殼體與擋板連接螺紋處被剪切，說明在爆炸前，底排殼體及擋板是完整的。可以排除該發(fā)彈出炮口掉底排裝置、底排擋板等異常情況發(fā)生。

圖3 引信早炸現(xiàn)場回收照片

②靜態(tài)、動態(tài)檢查驗(yàn)證情況

經(jīng)對從部隊(duì)返回的半備彈及引信進(jìn)行靜態(tài)尺寸、參數(shù)檢查，滿足圖紙及技術(shù)條件要求。

經(jīng)選取動不平衡角大的7發(fā)彈進(jìn)行章動試驗(yàn)，測出的最大章動角為7.26°(對應(yīng)的軸向慣性加速度不到13 g)，且7發(fā)彈的章動角都是衰減的，說明彈丸出炮口段飛行穩(wěn)定。

隨機(jī)抽取3組彈進(jìn)行地面密集度試驗(yàn)，除彈丸裝填不到位一組彈沒有達(dá)到指標(biāo)外，其余兩組彈均達(dá)到指標(biāo)要求，彈丸飛行穩(wěn)定，引信正常作用。

2)引起引信早炸的原因

通過靜、動態(tài)檢查，可以排除產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量原因造成的引信早炸;通過到部隊(duì)調(diào)查，火炮及操作滿足射擊條件要求，排除了由于火炮狀態(tài)及操作引起早炸的因素。

因此引信早炸的原因歸集到彈丸出炮口后產(chǎn)生較大的章動，產(chǎn)生的軸向慣性加速度達(dá)到引信的發(fā)火條件，引起引信發(fā)火。

3)對產(chǎn)生較大張動的原因分析

①產(chǎn)生章動角的因素

由外彈道理論分析，產(chǎn)生初始章動角的因素有4 個［4］:

a)彈丸起始擾動:由彈炮相互作用及火炮振動等因素產(chǎn)生。

b)彈丸靜不平衡和動不平衡:由彈丸加工質(zhì)量分布不均產(chǎn)生。

c)彈丸外形不對稱。

d)橫風(fēng):當(dāng)天氣象良好，可以排除氣象因素。

對以上4個方面的因素進(jìn)行分析和排查，產(chǎn)生本次章動角較大的主要原因應(yīng)該是彈炮相互作用，次要因素是彈丸本身存在的靜不平衡和動不平衡等。

統(tǒng)計(jì)該產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型、生產(chǎn)定型以及生產(chǎn)交驗(yàn)情況，發(fā)現(xiàn)都是按最大射程角(45°)射擊的，均沒有出現(xiàn)引信早炸問題，但本次出現(xiàn)問題的彈丸是在小射角射擊情況(射角13°～15°)下發(fā)生的。由表2計(jì)算得知，射角大小對章動有影響，但影響很小，因此對彈炮相互作用因素進(jìn)行了重點(diǎn)分析。

②關(guān)于彈炮相互作用影響章動分析

彈炮作用影響章動角的主要因素有:彈丸與火炮的徑向間隙、彈丸沒有裝填到位、彈丸裝填到位但裝填位置不正確等。

經(jīng)檢測彈體尺寸，彈丸定心部加工一致性較好，可以排除彈丸外形加工質(zhì)量造成的影響。

彈丸沒有裝填到位對起始擾動影響較大(地面密集度試驗(yàn)一組沒有裝填到位彈，該組地面密集度沒有達(dá)到指標(biāo)要求)，但從部隊(duì)試驗(yàn)現(xiàn)場了解，部隊(duì)?wèi)?zhàn)士操作規(guī)范，彈丸裝填到位。

因此，重點(diǎn)對彈丸上膛到位，但裝填位置不正確對章動的影響進(jìn)行了分析。

本次出現(xiàn)引信早炸問題用的火炮是牽引炮，人工手動裝彈。由戰(zhàn)士用送彈棍頂住彈丸底部，靠沖擊力，使彈丸導(dǎo)帶嵌入火炮膛線起始部。在大射角裝填時，彈丸在重力作用下，彈丸下沉，彈丸裝入炮膛后，需要先用送彈棍頂住彈底，這時彈軸、送彈棍及炮膛軸線基本在一條線上，此條件下上彈，有利于彈丸導(dǎo)帶比較均勻嵌入膛線，彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動時受到的炮膛壁影響較小，出炮口時的章動小。如果在小角度裝填時，由于重力的作用，彈丸貼在火炮下坡膛上，又由于彈丸定心部和炮膛加工有公差，彈與炮有間隙，彈軸與火炮身管軸線有初始夾角，在此條件下上彈，保證彈軸、送彈棍及炮膛軸線在一條線上有一定的難度，存在將彈丸上偏的可能。如果導(dǎo)帶嵌入膛線時不正，彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動不正確，出炮口時章動可能增大。

該火炮配底凹?xì)⒈瑥椇偷着艢⒈瑥?，底凹彈用于小射程射擊，底排彈用于大射程射擊。裝填底凹彈時，送彈棍事先頂在底凹內(nèi)，可以減小將彈丸上偏的機(jī)率，而底排彈的底部有底排裝置，在小角度裝填時，送彈棍軸線與彈軸可能有夾角，存在將彈丸上膛時上偏的可能。底凹彈大、小角度裝彈示意見圖4，底排彈大、小角度裝彈示意見圖5。

圖4 底凹彈上彈示意圖

圖5 底排彈上彈示意圖

綜上所述，產(chǎn)生本次引信早炸的主要原因是彈丸的初始章動角大，由章動引起的軸向慣性加速度達(dá)到了引信的發(fā)火條件，引信作用。在排除了彈丸設(shè)計(jì)、加工質(zhì)量以及火炮狀態(tài)等原因外，由于小角度裝填底排彈有難度，有可能在小角度裝填底排彈時，送彈棍與彈丸、炮膛不同軸，送彈時，導(dǎo)帶嵌入膛線時歪斜，彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動不正確，增大初始章動角，與其它影響彈丸章動的原因綜合作用，達(dá)到24.5 g以上的軸向慣性加速度，引信作用［5］。

4)分析結(jié)論

該型底排彈出現(xiàn)彈道炸是多種因素同時存在造成的，主要原因:

①引信抗軸向慣性加速度能力偏小;

②在小角度裝填底排彈彈丸時，彈丸導(dǎo)帶嵌入膛線位置不正，導(dǎo)致彈丸出炮口后章動較大，與靜不平衡、動不平衡等引起章動增大的多種因素綜合作用，軸向慣性加速度達(dá)到引信發(fā)火條件，引信作用。

4 采取措施及建議

1)對于遠(yuǎn)程彈在訓(xùn)練(作戰(zhàn))中使用，建議考慮經(jīng)濟(jì)性原因，原則上在殺爆彈射程內(nèi)不用遠(yuǎn)程彈，超過殺爆彈射程時才使用遠(yuǎn)程彈。

2)完善彈藥隨箱說明書和使用說明書，在隨箱說明書中增加引信裝配、彈丸裝填等操作過程的詳細(xì)說明并對關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行警示，必要時對部隊(duì)人員進(jìn)行培訓(xùn)。

3)提高引信活機(jī)體簧抗力，降低異常情況下彈道炸概率。

［1］馬寶華.引信構(gòu)造與作用［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1986.

［2］魏惠之，朱鶴松，汪東暉，等，彈丸設(shè)計(jì)理論［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1985.

［3］郭錫福.火炮武器系統(tǒng)外彈道試驗(yàn)處理與分析［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2013.

［4］宋丕極.槍炮外彈道學(xué)［M］.北京:兵器工業(yè)出版社，1993.

［5］郭錫福.火炮武器系統(tǒng)外彈道試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2013.