某底排彈射擊時(shí)底排裝置掉藥的原因分析與驗(yàn)證

郭文革，曹成壯，紀(jì)雪松，周　威

(遼沈工業(yè)集團(tuán)有限公司，沈陽(yáng) 110045)

?

某底排彈射擊時(shí)底排裝置掉藥的原因分析與驗(yàn)證

郭文革，曹成壯，紀(jì)雪松，周威

(遼沈工業(yè)集團(tuán)有限公司，沈陽(yáng) 110045)

為查找某新研底排彈在射擊試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)底排掉藥的原因，采用ANSYS有限元軟件對(duì)底排裝置發(fā)射過(guò)程中的受力情況進(jìn)行仿真計(jì)算，同時(shí)對(duì)底排裝置的加工制造、裝配工藝和工裝等與制式彈進(jìn)行對(duì)比分析，證明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、滿(mǎn)足發(fā)射強(qiáng)度要求。再將底排裝置剖分后進(jìn)行研究，確定產(chǎn)生問(wèn)題的原因?yàn)榻栌玫闹剖綇椦b配工裝不適配，底排裝置內(nèi)有裝配間隙，造成射擊時(shí)底排掉藥。針對(duì)底排裝置外型結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)底排裝置裝配工裝，并進(jìn)行產(chǎn)品裝配和射擊試驗(yàn)驗(yàn)證。

底排強(qiáng)度；結(jié)構(gòu)分析；裝配工裝

某底排彈(煙火型底排藥劑)在研制階段進(jìn)行彈丸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)1發(fā)底排作用異常的情況，即在彈丸發(fā)射后約1s的中間彈道上，有明顯的彈丸徑向飛散火光，火光下落后將1km外的草地點(diǎn)燃。該組彈丸射擊角度為15.6°，射程約14.6km。項(xiàng)目組對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，未找到彈丸零部件和底排殘片。該異常彈的初速、膛壓和正常彈一致，但射程明顯比正常底排彈近，屬于近彈。該彈之前的炮射試驗(yàn)，未出現(xiàn)此問(wèn)題。

1　原因分析

對(duì)上述試驗(yàn)中的異常現(xiàn)象，組織有關(guān)人員從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、零部件加工、制造、產(chǎn)品裝配等過(guò)程進(jìn)行全面分析。

1.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成

該底排彈與制式煙火劑底排彈結(jié)構(gòu)相當(dāng)，底排裝置主要由底排殼體、包覆層、底排藥柱和擋板組成[1]，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及實(shí)物圖片如圖1所示。

圖1　底排裝置圖

底排殼體保護(hù)底排藥柱與彈體聯(lián)接；底排藥柱由煙火藥劑壓制而成，提高底壓減阻增程；包覆層填充藥柱與底排殼體間隙，保護(hù)底排藥柱和保證底排藥柱端面燃燒；擋板保護(hù)底排藥柱按一定排氣面積向彈尾排氣[2-3]。

1.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

對(duì)在試驗(yàn)中觀(guān)察到的亮點(diǎn)下落及干草點(diǎn)燃等現(xiàn)象分析，該現(xiàn)象屬于底排掉藥問(wèn)題。對(duì)此采用ANSYS有限元軟件建立模型，對(duì)底排裝置及其零部件的發(fā)射安全性進(jìn)行模擬計(jì)算，殼體抗拉強(qiáng)度為630MPa，擋板抗拉強(qiáng)度為800MPa，膛內(nèi)計(jì)算膛壓為299MPa(取常溫最大膛壓的1.2倍)，炮口壓為60MPa[4]。

最大膛壓時(shí)該裝置殼體應(yīng)力云圖如圖2所示。

由圖2d可以看出，彈丸在發(fā)射時(shí)，靠近發(fā)射藥的彈丸底部的等效應(yīng)力最大，即殼體的螺紋部分，為815.818MPa，螺紋局部出現(xiàn)應(yīng)力集中，但區(qū)域較小。由圖2e可以看出，該處發(fā)生較小的塑性變形，其它部分為零，這說(shuō)明底排殼體在最大膛壓時(shí)只有部分單元進(jìn)入塑性變形階段，未對(duì)底排殼體造成變形破壞。

圖2　殼體應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D

擋板應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D如圖3所示。

圖3　擋板應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D

擋板在內(nèi)彈道最大膛壓時(shí)，徑向、軸向、切向均處于受壓狀態(tài)[5]，雖然壓力值都超過(guò)了擋板的材料屈服值，但Von Mises等效應(yīng)力并未超過(guò)材料屈服值，最大值為638.165MPa，主要作用在螺紋的起始圈上，Von Mises等效彈塑性應(yīng)變?cè)谠试S范圍內(nèi)，因此擋板安全可靠。

通過(guò)ANSYS有限元驗(yàn)證底排裝置的強(qiáng)度滿(mǎn)足計(jì)算膛壓為299MPa的要求。

1.3制造及裝配過(guò)程分析

該底排彈與已定型批量生產(chǎn)的制式底排彈為同一火炮平臺(tái)，內(nèi)彈道最大膛壓、初速等相同，煙火底排藥柱高度比制式底排小2.5mm，但藥劑的組份、原材料配比、壓制工藝、藥柱直徑、包覆涂料及底排包覆工藝均和制式底排彈相同。對(duì)底排殼體、擋板材料的屈服極限和斷面收縮率進(jìn)行檢查，結(jié)果表明，材料力學(xué)性能滿(mǎn)足產(chǎn)品要求。

產(chǎn)品按工藝要求進(jìn)行底排裝置靜態(tài)點(diǎn)火時(shí)間及包覆層質(zhì)量抽驗(yàn)，均滿(mǎn)足產(chǎn)品及工藝要求。

1.4底排裝置裝配工裝分析

該底排彈科研階段的裝配，借用了制式底排彈的裝配工裝見(jiàn)圖4a，其底排裝置與制式底排彈底排裝置的尾錐角同為4°,兩彈底排殼體最大直徑分別為φ117mm、φ121mm。工裝夾緊底排殼體處直徑不同，新研底排彈的底排殼體外徑稍大，因此夾緊處接觸面積小，造成夾緊力不均勻。個(gè)別底排殼體與工裝夾具間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，擋板旋不到位，致使包覆涂料不能完全從殼體與藥柱間擠出。解剖已完成的底排裝置，發(fā)現(xiàn)底排藥柱有包覆不完全的現(xiàn)象?；鹋谏鋼魰r(shí)，在高溫高壓火藥氣體作用下，包覆不完全的底排藥柱導(dǎo)致底排殼體內(nèi)的壓力增大，從而導(dǎo)致底排藥柱碎裂[6]。因此，底排裝配工裝的不適配，造成底排包覆不完全，可能是炮射過(guò)程中底排掉藥的主要原因。

2　解決措施

根據(jù)分析的原因?qū)Φ着叛b配工裝重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖4b。新工裝的夾爪和新底排殼體的外形完全吻合，并在夾爪表面粘接牛皮，減少了因殼體表面尺寸公差帶來(lái)的配合差異，使底排裝置均勻夾緊，提高裝配時(shí)夾緊力，避免出現(xiàn)包覆不完全的情況。同時(shí)依據(jù)增加上緊力矩是解決兩者連接螺紋損壞的有效辦法[7]，加大了擋板的上緊力矩，使用力矩扳手對(duì)力矩進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)裝配后的底排裝置進(jìn)行X光檢測(cè)和解剖檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果：涂料包覆完整，無(wú)氣孔。

圖4　底排裝置裝配工裝示意圖

3　試驗(yàn)驗(yàn)證

使用新底排裝配工裝裝配20發(fā)底排裝置，未出現(xiàn)底排殼體相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象。對(duì)其中10個(gè)底排裝置解剖檢查隔熱涂料的包覆情況，包覆完整，滿(mǎn)足產(chǎn)品圖和技術(shù)條件的要求。以299MPa的極限膛壓對(duì)另外10發(fā)進(jìn)行作用可靠性射擊試驗(yàn)，底排作用正常。在后續(xù)的試驗(yàn)中，直至產(chǎn)品完成設(shè)計(jì)定型，共進(jìn)行了600余發(fā)該產(chǎn)品的炮射試驗(yàn)，再未出現(xiàn)底排掉藥現(xiàn)象。

4　結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，表明新研底排彈借用的底排裝配工裝不匹配是造成射擊試驗(yàn)中底排掉藥的主要原因。證明底排裝配工藝對(duì)底排裝置發(fā)射可靠性有重要的影響。新研底排彈的底排裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，改進(jìn)裝配工藝后，作用可靠，同時(shí)說(shuō)明，每次科研產(chǎn)品圖紙的改動(dòng)，都要重新進(jìn)行工藝評(píng)審或工藝設(shè)計(jì)。

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

[2]郭錫福.底部排氣彈外彈道學(xué)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1995.

[3]韓子鵬.彈箭外彈道學(xué)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2008.

[4]張亞歐,谷志飛,宋勇.ANSYS 7.0有限元分析實(shí)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[5]尚曉江,蘇建宇.ANSYS/LS-DYNA動(dòng)力分析方法與工程實(shí)例[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2006.

[6]倪慶杰，曹成壯，孫勇，等.解決底排火箭復(fù)合增程彈戰(zhàn)斗部與發(fā)動(dòng)機(jī)鏈接強(qiáng)度技術(shù)關(guān)鍵[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2015,35(2):150-153.

[7]宋萬(wàn)成，郝玉風(fēng)，倪慶杰，等.對(duì)底排火箭復(fù)合增程彈底排結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2013，33(4)：117-118，165.

(責(zé)任編輯：趙麗琴)

Reason Analysis and Verification to Charge Falling from BB Device of One BB Projectile

GUO Wenge,CAO Chengzhuang,JI Xuesong,ZHOU Wei

(Liaoshen Industries Group Co.,Ltd.,Shenyang 110045,China)

In order to find the reason that the charge fall off form BB device of one newly-researched BB projectile during firing test,the stress of the launching process of BB device is calculated on simulation,using ANSYS finite element software,the processing and manufacturing,assembling process and tooling of BB device and service ammunition are analyzed and it is proved that the structure designing is reasonable and satisfies the firing strength requirements.We cut the BB device and find the borrowing tooling is not suitable and produce assembling clearance inside the BB device and causes charge fall off.Based on the outer structure of the BB device,we design the assembling tooling,assemble the product and conduct th firing test.

BB strength;structure analysis;assemble tooling

2015-06-15

郭文革(1966—)，男，研高工，研究方向：彈藥工程。

TP274+.5

A