某型單兵火箭彈內(nèi)彈道性能研究

劉萌陽,路桂娥,江勁勇,丁新海,王 彬

(1.軍械工程學(xué)院彈藥工程系,河北 石家莊 050003；2.軍械技術(shù)研究所,河北 石家莊 050000； 3.山西北方興安化學(xué)工業(yè)有限公司,山西 太原 030008)

某型單兵火箭彈內(nèi)彈道性能研究

劉萌陽1,路桂娥2,江勁勇2,丁新海3,王 彬2

(1.軍械工程學(xué)院彈藥工程系,河北 石家莊 050003；2.軍械技術(shù)研究所,河北 石家莊 050000； 3.山西北方興安化學(xué)工業(yè)有限公司,山西 太原 030008)

為了研究某型單兵火箭彈在長時間儲存后的性能變化規(guī)律，對其內(nèi)彈道性能進(jìn)行了靜態(tài)測試和動態(tài)飛行試驗。通過靜態(tài)測試試驗分析了不同儲存時間火箭彈的最大壓力和工作時間，通過動態(tài)飛行試驗分析了不同儲存時間火箭彈的初速和膠板狀態(tài)。結(jié)果表明：隨著儲存時間的增加，火箭發(fā)動機(jī)最大壓力減小，工作時間縮短，散布范圍增大，但對使用安全不構(gòu)成威脅；火箭彈初速也會隨之降低，但是只要推進(jìn)劑與固藥膠不脫黏，初速下降就不超過5%。

單兵火箭彈; 內(nèi)彈道性能； 靜態(tài)測試； 動態(tài)飛行試驗

單兵火箭彈是我國單兵攜帶的有效反坦克武器，后來又發(fā)展了云爆彈、攻堅彈等彈種，在部隊進(jìn)行了大量裝備。由于發(fā)動機(jī)裝藥在儲存過程中避免不了能量物質(zhì)的分解，導(dǎo)致最大壓力和工作時間等性能參數(shù)發(fā)生變化[1-3]。因此，火箭彈長時間儲存后的性能是廠家、部隊以及相關(guān)部門特別關(guān)注的一個問題。但是在火箭彈研制生產(chǎn)期間不能保證在自然儲存條件下對其全壽命周期進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，目前多采用加速壽命試驗方法對部件或全彈壽命進(jìn)行評估[4-6]。然而在加速壽命試驗中，樣品的作用機(jī)理可能會發(fā)生變化，這是制約壽命預(yù)估準(zhǔn)確性的一個關(guān)鍵問題[7]。為了有效地減小加速壽命試驗方法對試驗結(jié)果的影響，范志峰等[8]提出了基于性能參數(shù)分布可靠性評估的基本思路，對含有電子元部件的彈藥進(jìn)行了定期檢測，根據(jù)試驗測得的數(shù)據(jù)建立了模型，并對彈藥壽命進(jìn)行了預(yù)估。該方法在一定程度上減小了高應(yīng)力水平對彈藥本身的影響，但是模型的普適性受到限制，因此筆者選取自然儲存狀態(tài)下的火箭彈進(jìn)行研究。由于火箭彈長時間儲存后會出現(xiàn)初速下降、彈道性能變差等問題[9-11]，因此，為了研究火箭彈在長時間儲存后的性能變化規(guī)律，為同類型彈藥壽命預(yù)估提供一定的參考，筆者分別對儲存在不同地區(qū)、不同時間的火箭彈進(jìn)行性能檢測。

1 試驗

1.1 試驗樣品選取

由于不能保證每年生產(chǎn)的火箭彈在生產(chǎn)過程中均進(jìn)行最大壓力和初速的測試，因此取同類型新品火箭彈的性能參數(shù)作為參照。分別從南方和北方地區(qū)儲存了不同時間的火箭彈中進(jìn)行選樣，包括新品、北方地區(qū)儲存的火箭彈4個年份點和南方地區(qū)儲存的火箭彈5個年份點。

1.2 靜態(tài)測試試驗

根據(jù)GJB—770B的相關(guān)方法對新品和長時間儲存后的火箭彈分別在-40、50 ℃條件下進(jìn)行靜態(tài)測試試驗。首先測定其最大壓力以及工作時間等性能參數(shù)，然后將其與新品的性能參數(shù)進(jìn)行對比。測試發(fā)動機(jī)由工廠加工制作，高、低溫試驗各3發(fā)火箭彈。

試驗所用儀器如下：UYY-1型壓力傳感器，壓力標(biāo)定為40 MPa；銅柱測壓器；標(biāo)定用壓力表，精度為0.2級；標(biāo)定用壓力計，壓力范圍為0～60 MPa；保溫箱。

1.3 動態(tài)飛行試驗

根據(jù)GJB—2179的相關(guān)方法對新品和長時間儲存后的火箭彈在常溫條件下進(jìn)行初速測定，將初速和參照值進(jìn)行對比，觀察膠板的狀態(tài)。試驗發(fā)動機(jī)由工廠提供，戰(zhàn)斗部為模擬配重戰(zhàn)斗部，每組試驗2發(fā)火箭彈。

試驗所用儀器如下：HG2020-II型電子測試儀；網(wǎng)靶，尺寸為500 mm×500 mm。

2 結(jié)果與分析

2.1 靜態(tài)測試結(jié)果與分析

新品火箭彈靜態(tài)測試結(jié)果如表1所示，北方和南方地區(qū)儲存不同時間的火箭彈在測試溫度為50、-40 ℃的條件下靜態(tài)測試結(jié)果分別如表2-5所示。

從表1-5可以看出：

1)大部分儲存一定時間的火箭彈最大壓力比新品的小。其原因為：在儲存過程中，發(fā)動機(jī)裝藥會進(jìn)行自分解，能量出現(xiàn)損失，導(dǎo)致最大壓力減?。蝗欢捎谒x取的火箭彈不能保證裝藥完全一致，因此個別儲存年份點的火箭彈最大壓力比新品火箭彈的大。

表1 新品測試結(jié)果

表2 北方地區(qū)50 ℃條件下靜態(tài)測試結(jié)果

表3 北方地區(qū)-40 ℃條件下靜態(tài)測試結(jié)果

表4 南方地區(qū)50 ℃條件下靜態(tài)測試結(jié)果

表5 南方地區(qū)-40℃條件下靜態(tài)測試結(jié)果

2)火箭彈工作時間在短期儲存內(nèi)變化不大，但是長期儲存之后下降幅度較大。其原因為：火箭彈在長期儲存過程中，裝藥中的水分與火箭彈殼體內(nèi)部的水分會發(fā)生交換，在一定程度上導(dǎo)致裝藥內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，從而使裝藥燃燒面積增加，導(dǎo)致工作時間縮短；另外，能量降低也是工作時間縮短的一個關(guān)鍵因素。

3)在南方地區(qū)存儲13 a的火箭彈在50、-40 ℃條件下測試得到的壓力沖量均偏小，這是由所選取的火箭彈生產(chǎn)工藝及裝藥性能等因素造成的。其中，-40 ℃條件下測試得到的火箭彈壓力沖量偏小更多，其原因為：在火箭彈靜態(tài)測試過程中，所使用的點火具因受潮而造成點火壓力偏小，導(dǎo)致最大壓力偏小。

4)南方地區(qū)儲存的火箭彈最大壓力總體上比北方地區(qū)儲存的大。其原因為：南方地區(qū)比北方地區(qū)溫度高，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)裝藥內(nèi)部水分的循環(huán)速度加快，使得南方地區(qū)儲存的火箭彈裝藥燃燒面積比北方地區(qū)儲存的大，在燃燒過程中，相同時間內(nèi)釋放出更多的氣體。

2.2 動態(tài)飛行試驗結(jié)果與分析

利用新品發(fā)動機(jī)裝藥出廠交驗時的備份彈與長儲試樣在相同的環(huán)境、時間、測試狀態(tài)下進(jìn)行初速測試。由于目前已不生產(chǎn)樣品發(fā)動機(jī)裝藥，沒有相應(yīng)的參照裝藥進(jìn)行對比，因此,以新品多用途彈的發(fā)動機(jī)裝藥初速154.7 m/s為基礎(chǔ)，先換算出破甲彈的發(fā)動機(jī)裝藥初速,再與已參試的長儲試樣初速進(jìn)行對比。換算公式為

V0=Isp·ln(1+mz/md)，

(1)

式中：Isp為壓力沖量；mz為裝藥質(zhì)量；md為彈藥質(zhì)量。

由于彈種不同，裝藥質(zhì)量與彈藥質(zhì)量也不同，在彈種壓力沖量相差不大，mz、md均已知的情況下，由式(1)得出破甲彈的發(fā)動機(jī)裝藥初速在177.4 m/s左右。

膠板在正常情況下應(yīng)該是平整狀態(tài)，藥丁與膠板可靠黏結(jié)。北方和南方地區(qū)飛行試驗測試數(shù)據(jù)分別如表6、7所示。

表6 北方地區(qū)飛行試驗測試數(shù)據(jù)

表7 南方地區(qū)飛行試驗測試數(shù)據(jù)

從表6、7可以看出：破甲彈發(fā)動機(jī)裝藥4個年份點(13、16、20、21 a)的測試初速都沒有達(dá)到177.4 m/s；多用途彈發(fā)動機(jī)裝藥5個年份點(6、7、10、11、19 a)的測試初速也都沒有達(dá)到154.7 m/s。其原因為：彈藥在長期存放過程中，硝化甘油和硝化棉會發(fā)生分解，導(dǎo)致壓力沖量減?。涣硗?，新品與試驗樣品的能量成份不同，導(dǎo)致出廠時的初速略有差異。

對比本次試驗和新品的飛行試驗測試結(jié)果可知：只要推進(jìn)劑與固藥膠不脫黏，則初速降低均在5%以內(nèi)。其中,南方地區(qū)儲存13 a的樣品初速變化稍大，其原因為：一個膠板有1根藥丁沒有插到連接螺的底部，管狀藥插入膠的部分距膠面近1 cm深，發(fā)射過程中的加速度在2 000g(g=10 m/s2,為重力加速度)左右，每根藥丁質(zhì)量為3.7 g，因此單根推進(jìn)劑所受的力為2 000×10×0.003 7=74 N，雖然在黏結(jié)力測試過程中沒有找到這樣具有特殊性的試樣，但能確定若推進(jìn)劑與固藥膠的黏結(jié)力小于74 N，則推進(jìn)劑就會在動態(tài)過程中很快脫落，導(dǎo)致初速下降；另一個膠板掉4根藥丁，裝藥質(zhì)量減小，導(dǎo)致初速下降?？傊?，只要測試前沒有藥丁脫落，且測試后膠板完整，則初速變化不大。

3 結(jié)論

1)火箭彈在長時間儲存后各項性能指標(biāo)都會有不同程度的降低，但是對使用安全性沒有影響，同時也說明了儲存20 a左右的火箭彈力學(xué)性能和藥膠黏結(jié)強度能夠滿足使用安全性要求。

2)火箭彈在長時間儲存過程中，硝化甘油會發(fā)生遷移，導(dǎo)致火箭彈壓力沖量減小、飛行速度下降，但是在20 a的儲存期內(nèi)只要推進(jìn)劑與固藥膠不脫黏，初速下降就能控制在5%以內(nèi)。

3)對儲存在不同地區(qū)、不同時間的火箭彈進(jìn)行了性能評估，為同類型彈種的性能評估提供了參考依據(jù)。

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(責(zé)任編輯: 尚彩娟)

Research on Internal Ballistic Performance of a Certain Type of Individual Rocket

LIU Meng-yang1,LU Gui-e2,JIANG Jin-yong2,DING Xin-hai3,WANG Bin2

(1.Department of Ammunition Engineering,Ordnance Engineering College,Shijiazhuang 050003,China; 2.Ordnance Technical Research Institute,Shijiazhuang 050000,China; 3.Shanxi North Xing’an Chemical Industry Co Ltd,Taiyuan 030008,China)

In order to research the performance of a certain type of individual rocket after long time stora-ge,the static test and the dynamic fight test are carried out to test its internal ballistic performance.The maximum pressure and the working time of the individual rocket with different stored time are analyzed by the static test; the initial velocity and the condition of the board of the individual rocket with different stored time are analyzed by the dynamic flight test.The results show that: with the stored time increa-sing,the maximum pressure of rocket engine declines,the working time shortens,and the dispersion rises,but it is safe for use; the initial velocity also declines,but the propellant contacts with the board well,the decline percent of the initial velocity is under 5%.

individual rocket; internal ballistic performance; static test; dynamic flight test

1672-1497(2017)01-0066-04

2016-11-01

劉萌陽(1992-)，男,碩士研究生。

TJ415； TJ012.1

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2017.01.014