超期服役炮射導彈增程發(fā)動機性能研究*

范志鋒,徐敬青,崔 平,文 健

(解放軍軍械工程學院,石家莊 050003)

超期服役炮射導彈增程發(fā)動機性能研究*

范志鋒,徐敬青,崔 平,文 健

(解放軍軍械工程學院,石家莊 050003)

超期服役炮射導彈增程發(fā)動機的性能能否滿足設計指標要求是迫切需要解決的問題。通過開展超期服役炮射導彈增程發(fā)動機靜止點火試驗,采集出廠驗收信息,分析增程發(fā)動機內彈道性能參數(shù)的變化趨勢和原因。結果表明:該炮射導彈增程發(fā)動機經過XX年的自然儲存仍然滿足設計指標要求,但最大壓強有所增大。建議對超期服役炮射導彈增程發(fā)動機開展靜止點火試驗前對裝藥進行CT掃描,確保試驗安全。

超期服役;炮射導彈;增程發(fā)動機;儲存性能;靜止點火試驗

0 引言

炮射導彈是利用現(xiàn)裝備的坦克或戰(zhàn)車火炮發(fā)射的一種高價值彈藥,主要由舵機艙、戰(zhàn)斗艙、增程發(fā)動機、儀器艙、彈托和藥筒組件等部分組成[1-2]。其戰(zhàn)斗艙、彈托和藥筒組件與通用彈藥中類似部件的結構性能基本相同,儲存壽命相當。其長儲薄弱環(huán)節(jié)主要集中在舵機艙、增程發(fā)動機和儀器艙上。在長儲過程中,可以利用檢測儀器對舵機艙、儀器艙等電子部件的性能進行無損檢測,但無法判定增程發(fā)動機的質量狀況。同時該增程發(fā)動機使用的推進劑是新研制的,在其他彈藥導彈中沒有應用,部隊不掌握其儲存性能。若需要對增程發(fā)動機的儲存性能進行全面檢測,最可信的方法是進行動態(tài)射擊試驗,但動態(tài)射擊試驗組織難度大、試驗費用高,同時若超期服役炮射導彈增程發(fā)動機藥柱的結構完整性遭到破壞,進行實彈射擊時還可能會發(fā)生發(fā)動機飛行爆炸的災難性故障[3]。

文中以炮射導彈增程發(fā)動機為研究對象,以內彈道性能為重點,從后方倉庫中抽取一定數(shù)量的超期服役炮射導彈進行增程發(fā)動機的靜止點火試驗,測試其內彈道性能參數(shù),同時采集同批次增程發(fā)動機出廠驗收信息,從而分析增程發(fā)動機的性能變化趨勢和原因,為安全開展超期服役炮射導彈增程發(fā)動機靜止點火試驗提供科學依據(jù)。

1 超期服役炮射導彈增程發(fā)動機靜止點火試驗

1.1 試驗方法

炮射導彈增程發(fā)動機靜止點火試驗程序如圖1所示。

炮射導彈增程發(fā)動機靜止點火試驗在型號為59050128的發(fā)動機推力試驗臺進行。

密封性檢查時,通過增程發(fā)動機內殼部件上的螺孔向發(fā)動機內腔施加(12.5±9.8) kPa空氣壓強,之后將其放入含0.3%～0.5%的重鉻酸鉀水溶液中,使發(fā)動機距離液面50～100 mm,持續(xù)1 min,不允許壓強下降。

圖1 增程發(fā)動機靜止點火試驗程序

電參數(shù)檢查時,用毫歐計和500型萬用表檢查電路電阻,用100 V兆歐表檢查絕緣電路電阻,上述電參數(shù)應合格。

分解檢查時,主要檢查發(fā)動機主裝藥及點火藥柱、點火藥包、電點火具等火工品,應合格。對增程發(fā)動機的主裝藥進行工業(yè)CT探傷,裝藥內部應無裂紋、氣泡、疏松等缺陷。

保溫時,將增程發(fā)動機放入預先達到(-40±3)℃的低溫箱內或(+50±3)℃的高溫箱內,在低溫箱或高溫箱中的恒溫時間不少于16 h,從保溫箱中取出增程發(fā)動機,應迅速用隔熱性能良好的保溫袋裹嚴送往靜止點火試驗間。

1.2 試驗結果

由于受試驗條件限制,從后方倉庫中抽取XX年生產的XX批超期服役炮射導彈2發(fā),按照圖1所示的程序開展了炮射導彈增程發(fā)動機靜止點火試驗。2發(fā)炮射導彈增程發(fā)動機的密封性檢查、電參數(shù)檢查和分解檢查均合格。CT掃描發(fā)動機主裝藥也未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。CT掃描結果見圖2所示。

圖2 增程發(fā)動機工業(yè)CT掃描成像圖

2發(fā)炮射導彈增程發(fā)動機靜止點火試驗數(shù)據(jù)見表1,均滿足設計指標要求。

表1 長儲炮射導彈增程發(fā)動機靜止點火試驗數(shù)據(jù)

2 增程發(fā)動機儲存性能變化趨勢分析

2.1 出廠驗收靜止點火試驗

根據(jù)炮射導彈增程發(fā)動機制造與驗收規(guī)范,每批炮射導彈在交付驗收時均需要抽取一定數(shù)量的增程發(fā)動機進行靜止點火試驗。

采集與超期服役炮射導彈增程發(fā)動機同年同批次的出廠靜止點火試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 出廠炮射導彈增程發(fā)動機靜止點火試驗數(shù)據(jù)

由于在出廠驗收時,炮射導彈增程發(fā)動機的靜止點火試驗數(shù)據(jù)采用16線示波器采集后手工處理得到的,只獲得4發(fā)炮射導彈增程發(fā)動機從建壓到正常工作壓強所需時間tn均小于0.1 s,沒有具體數(shù)值。

2.2 性能參數(shù)的秩和檢驗

采用Wilcoxon秩和檢驗[4-5]判定出廠驗收和儲存了XX年之后的超期服役炮射導彈增程發(fā)動機高溫和低溫點火時各個性能參數(shù)是否有顯著區(qū)別。

出廠驗收4發(fā)炮射導彈增程發(fā)動機從建壓到正常工作壓強所需時間tn沒有具體數(shù)值,所以這里不分析從建壓到正常工作壓強所需時間tn,只分析其他4項參數(shù)。秩和檢驗結果見表3。

從表3可以看出,經過XX年長期儲存后,炮射導彈增程發(fā)動機靜止點火試驗的各個性能參數(shù)均沒有顯著區(qū)別。當然,這和樣本量過小有一定關系。

表3 增程發(fā)動機靜止點火性能參數(shù)秩和檢驗結果

2.3 性能參數(shù)的變化分析

為進一步分析經過XX年長期儲存炮射導彈增程發(fā)動機靜止點火試驗各個性能參數(shù)的變化,計算各個性能參數(shù)與出廠驗收2發(fā)炮射導彈增程發(fā)動機性能參數(shù)平均值的變化量和變化百分比。計算結果如表4所示。

表4 增程發(fā)動機靜止點火性能參數(shù)變化對比

從表4中可以看出,經過XX年的長期儲存,超期服役炮射導彈增程發(fā)動機各個性能參數(shù)與出廠驗收值相比,其變化均不超過10%,變化較為緩慢,性能較為穩(wěn)定。相對而言,炮射導彈增程發(fā)動機高溫最大壓強略有增加。

3 增程發(fā)動機儲存性能變化原因分析

從前面的分析中可以看出,雖然炮射導彈經過XX年儲存后,增程發(fā)動機的內彈道性能參數(shù)變化均不大,但高溫最大壓強有所增加。若增程發(fā)動機工作時,最大壓強超過額定值,炮射導彈在彈道上可能發(fā)生爆炸事故。

炮射導彈增程發(fā)動機燃燒室內壓強增大的失效樹見圖3所示。

炮射導彈增程發(fā)動機在實施點火之前,對裝藥的外觀進行了檢查,也采用工業(yè)CT進行了掃描,均未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。上述檢查基本上排除了圖3失效樹所列的底事件。

圖3 發(fā)動機燃燒室內壓強增大失效樹

一般來說,發(fā)動機裝藥的失效模式有兩類:一類是推進劑力學性能的下降,導致發(fā)動機工作時裝藥結構破壞;二是推進劑化學特性變化,導致發(fā)動機內彈道性能變化,無法滿足發(fā)射要求[6]。

推進劑在儲存過程中,化學特性的變化會導致推進劑爆熱值和燃速的變化。研究發(fā)現(xiàn),推進劑在長儲后,其爆熱值有所降低,燃速也有一定程度的下降。這些變化導致發(fā)動機在點火工作過程中,燃燒室內的壓強下降,推力降低,工作時間延長。

從以上分析中,有理由認為超期服役炮射導彈增程發(fā)動機最大壓強升高是由于推進劑力學性能下降造成的。雖然炮射導彈增程發(fā)動機在靜止點火試驗前已經進行了工業(yè)CT掃描,但對過小的裂紋也無能為力,當然過小的裂紋也不影響增程發(fā)動機的內彈道性能。但隨著儲存時間的增加,這些裂紋會進一步擴展,最終導致增程發(fā)動機失效。

4 結論

文中對超期服役炮射導彈增程發(fā)動機的儲存性能變化進行了探索性研究,為下一步研究制定超期服役炮射導彈增程發(fā)動機質量監(jiān)測方法奠定了基礎,主要研究結論如下:

1)首次開展了超期服役炮射導彈增程發(fā)動機的靜止點火試驗,為確定增程發(fā)動機的儲存壽命提供了基礎數(shù)據(jù)。文中對后方倉庫儲存XX年的2發(fā)超期服役炮射導彈開展了靜止點火試驗,測得了工作時間、最大(小)壓強、推力總沖等主要內彈道性能參數(shù),均符合規(guī)定值,初步證明炮射導彈增程發(fā)動機儲存壽命不低于XX年。

2)提出了基于出廠檢驗信息和長儲信息的炮射導彈增程發(fā)動機儲存性能分析方法,確定了各個性能參數(shù)的變化,為炮射導彈的延壽修理提供了科學依據(jù)。文中利用同批次增程發(fā)動機出廠靜止點火試驗信息和長儲靜止點火試驗信息,確定了各個性能參數(shù)長儲過程中的變化程度,初步認為炮射導彈增程發(fā)動機在長儲過程中個別性能參數(shù)有一定程度的變化,但變化較為緩慢,增程發(fā)動機可以繼續(xù)儲存與使用。

3)分析了炮射導彈增程發(fā)動機最大壓強增大的原因,提出了一種安全開展增程發(fā)動機靜止點火試驗的方法。與出廠信息相比,炮射導彈增程發(fā)動機經過儲存后燃燒室的最大壓強有所增大。建立了燃燒室壓強增大的失效樹,分析得到了燃燒室壓強增大的原因,建議對超期服役炮射導彈增程發(fā)動機開展靜止點火試驗前對裝藥進行CT掃描,確保靜止點火試驗的安全。

由于條件限制,文中只選取了2發(fā)超期服役炮射導彈開展試驗。下一步,在條件允許的情況下,應加大試驗樣本量,同時抽取不同年份的炮射導彈,研究增程發(fā)動機內彈道性能隨儲存時間的變化規(guī)律,為科學預測炮射導彈增程發(fā)動機儲存壽命提供完善的數(shù)據(jù)。

[1] 楊培杰, 譚志良, 謝鵬浩, 等. 炮射導彈飛行狀態(tài)下電磁能量耦合規(guī)律研究 [J]. 彈箭與制導學報, 2013, 33(2): 113-116.

[2] 總裝備部通用裝備保障部. 新型通用彈藥(2001年—2007年) [M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2009: 349-350.

[3] 李東. 固體推進劑藥柱表面裂紋動態(tài)力學特性研究 [D]. 南京: 南京理工大學, 2008.

[4] 何正風. MATLAB概率與數(shù)理統(tǒng)計分析 [M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2012: 157-158.

[5] 楊玲玲. Wilcoxon秩和檢驗在審計推理中的應用研究 [J]. 中國注冊會計師, 2013(7): 83-87.

[6] 邢耀國, 董可海，沈偉，等. 固體火箭發(fā)動機使用工程 [M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2010: 86-87.

Study on the Properties of Rocket-assisted Engine of Gun-launched Missile in the Extra-service

FAN Zhifeng,XU Jingqing,CUI Ping,WEN Jian

(Ordnance Engineering College of PLA, Shijiazhuang 050003, China)

Whether the properties of rocket-assisted engine of gun-launched missile in extra-service can satisfy design indexes is an urgent problem to be solved. Static firing test of rocket-assisted engine of gun-launched missile in the extra-service was carried out and the information of ex-factory acceptance was collected. The change trend and reason of internal ballistic performance of rocket-assisted engine were analyzed. The result shows that the properties of the rocket-assisted engine of gun-launched missile after several years of natural storage can satisfy the design indexes, but the maximal pressure is increscent to some extent. It is suggested that the charge of rocket-assisted engine of gun-launched missile in the extra-service be applied with computed tomography scanning before static firing test. This method can ensure safety in static firing test.

in the extra-service; gun-launched missile; rocket-assisted engine; storage properties; static firing test

2015-04-04

范志鋒(1978-),男,湖北黃岡人,副教授,博士,研究方向:信息化彈藥技術保障。

TJ410

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