炮彈彈質(zhì)量分級(jí)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)戰(zhàn)術(shù)使用影響分析

郭尚生,邢存震,黃福鋒,劉曉軍

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

炮彈彈質(zhì)量分級(jí)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)戰(zhàn)術(shù)使用影響分析

郭尚生,邢存震,黃福鋒,劉曉軍

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

針對(duì)我國(guó)炮彈彈質(zhì)量分級(jí)采用同一標(biāo)準(zhǔn)的情況,為分析彈丸質(zhì)量偏差對(duì)作戰(zhàn)使用的影響,根據(jù)彈質(zhì)量分級(jí)的目的及現(xiàn)狀,分析了彈丸質(zhì)量偏差形成原因及其對(duì)彈丸外彈道性能的影響,探討了現(xiàn)行彈質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)提高彈丸密集度、火炮射擊效率、彈藥勤務(wù)保障能力的影響。結(jié)合現(xiàn)代炮彈生產(chǎn)裝備與工藝的發(fā)展趨勢(shì),提出了減少現(xiàn)行彈質(zhì)量分級(jí)級(jí)數(shù)、壓縮彈丸質(zhì)量偏差范圍的建議。

炮彈;彈質(zhì)量分級(jí);射擊效率;勤務(wù)保障

彈質(zhì)量分級(jí)與彈丸的生產(chǎn)制造、射擊使用、密集度等密切相關(guān)。目前我國(guó)炮彈彈質(zhì)量分級(jí)方法一直沿用上世紀(jì)50年代前蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn),彈質(zhì)量符號(hào)較多,隨著彈藥行業(yè)設(shè)計(jì)水平的提高、加工制造能力的提升和部隊(duì)作戰(zhàn)方式的變革,現(xiàn)有的彈質(zhì)量分級(jí)方法制約了彈丸射擊密集度的提高,限制了火炮射擊效率的提高和彈藥勤務(wù)保障能力的提升。因此,有必要對(duì)現(xiàn)有彈質(zhì)量分級(jí)進(jìn)行分析探討。本文通過(guò)分析彈丸質(zhì)量偏差形成的原因、彈丸質(zhì)量偏差對(duì)彈丸彈道性能及彈藥勤務(wù)處理的影響,提出了彈質(zhì)量分級(jí)改進(jìn)建議。

1 彈質(zhì)量分級(jí)現(xiàn)狀

彈丸質(zhì)量作為彈藥的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)特征量,關(guān)系到彈丸的射程、密集度等外彈道性能,而加工制造出來(lái)的彈丸質(zhì)量不可能完全一致,必然存在一定的偏差,這會(huì)影響彈丸的射擊密集度,導(dǎo)致對(duì)目標(biāo)命中概率的降低。從戰(zhàn)術(shù)技術(shù)的觀點(diǎn)出發(fā),希望彈丸質(zhì)量偏差盡可能得小,以保證武器系統(tǒng)具有良好的毀傷效果,但從生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)來(lái)看,這是不利的,也是很難保證大批量生產(chǎn)要求的[1]。為了合理解決這一矛盾,采用彈質(zhì)量分級(jí)的方法,按彈丸加工后造成的質(zhì)量偏差大小,將其劃分為若干等級(jí),將彈丸質(zhì)量相近者編排在同一級(jí)別內(nèi),并在彈丸上用彈質(zhì)量符號(hào)作為分級(jí)標(biāo)志。在火炮射擊時(shí),根據(jù)彈質(zhì)量符號(hào)對(duì)射程進(jìn)行修正,這樣即滿足了彈丸生產(chǎn)制造的批量性及經(jīng)濟(jì)性要求,又能保證彈丸作戰(zhàn)使用性能的要求[2-3]。

我國(guó)炮彈的彈質(zhì)量分級(jí)方法一直沿用前蘇聯(lián)模式,彈質(zhì)量分為九級(jí),相鄰兩級(jí)彈丸質(zhì)量偏差為彈丸質(zhì)量的1/150,并用彈質(zhì)量符號(hào)“++++、+++、++、+、±、-、--、---、----”標(biāo)記在彈體上?！啊馈北硎緲?biāo)準(zhǔn)彈質(zhì)量級(jí),“+”表示彈丸的實(shí)際質(zhì)量比標(biāo)準(zhǔn)值重一級(jí),“-”則表示輕一級(jí),其他類推。設(shè)mb為表定彈丸質(zhì)量,則“±”規(guī)定的實(shí)際彈丸質(zhì)量范圍為mb-(mb/300)～mb+(mb/300),“+”表示實(shí)際彈丸質(zhì)量范圍為mb+(mb/300)～mb+(mb/100),“-”表示實(shí)際彈丸質(zhì)量范圍為mb-(mb/100)～mb-(mb/300)。實(shí)際生產(chǎn)制造出來(lái)的彈丸質(zhì)量偏差必須在上述9個(gè)彈質(zhì)量符號(hào)范圍內(nèi),否則均應(yīng)判為不合格品,予以剔除。同時(shí),對(duì)有彈質(zhì)量分級(jí)的炮彈,國(guó)軍標(biāo)中還規(guī)定,在同一批炮彈中,高射炮彈只允許使用一個(gè)彈質(zhì)量符號(hào)的彈丸,破甲彈允許使用4個(gè)相鄰彈質(zhì)量符號(hào)的彈丸,其他各種炮彈均允許使用3個(gè)相鄰彈質(zhì)量符號(hào)的彈丸[4]。

彈質(zhì)量分級(jí)是必要的,即滿足了彈丸生產(chǎn)制造的批量性要求,避免了不合格品過(guò)多造成的資源浪費(fèi),同時(shí)也保證了作戰(zhàn)使用時(shí)對(duì)彈丸密集度的要求。但對(duì)于彈質(zhì)量分級(jí)的計(jì)算方法和彈質(zhì)量分級(jí)中彈丸質(zhì)量偏差范圍的確定,到目前為止,筆者沒有看到相關(guān)的計(jì)算方法及標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)行彈質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的合理性有待商榷。

2 彈丸質(zhì)量偏差形成的原因

對(duì)于生產(chǎn)出來(lái)的彈丸,彼此間的質(zhì)量必然存在一定的差別。這個(gè)差別主要來(lái)自2個(gè)方面:一是由于材料密度的誤差分布,二是由于尺寸上的公差。在這2個(gè)因素中,前者的影響比較固定,調(diào)節(jié)的可能性不大;后者影響顯著,而且可以調(diào)整、控制[1]。既然尺寸上的公差是影響彈丸質(zhì)量偏差的主要因素,那么只需嚴(yán)格控制尺寸公差,就能保證彈丸質(zhì)量偏差在特定范圍內(nèi),從而不需要進(jìn)行彈質(zhì)量分級(jí)。從理論計(jì)算分析上來(lái)說(shuō),上述觀點(diǎn)是完全正確的,廣大彈藥設(shè)計(jì)者也希望將尺寸公差等級(jí)選定在較高級(jí)別內(nèi),從而制造出高精度的彈丸,但是實(shí)際在彈丸的設(shè)計(jì)過(guò)程中,尺寸公差等級(jí)的確定不取決于設(shè)計(jì)者主觀上的意愿,而是受限于彈丸生產(chǎn)制造的實(shí)際加工能力,服從經(jīng)濟(jì)節(jié)約的原則。

全備彈丸的質(zhì)量及誤差是由各個(gè)組成部分、彈體、炸藥、引信、導(dǎo)帶及其他零件構(gòu)成的,其中起決定作用的是彈體。下面選取不同年代、典型榴彈產(chǎn)品的彈體加工工藝流程,來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明尺寸公差、加工能力及彈丸質(zhì)量偏差之間的相互影響關(guān)系。

上世紀(jì)60年代～70年代,榴彈彈體典型的加工工藝流程為:彈體毛坯沖壓、拔伸(壓力機(jī)折斷下料、水壓機(jī)沖壓)—粗車外形(靠模切削)—彈體毛坯收口(煤氣爐加熱、水壓機(jī)收口)—熱處理(煤氣爐加熱)—精車成品(靠模切削外表面、靠模搪內(nèi)表面、銑削螺紋、無(wú)心磨定心部)[2]。此階段榴彈多為仿研產(chǎn)品,彈體內(nèi)、外形大部分尺寸公差在IT14級(jí)～I(xiàn)T15級(jí),彈體壁偏差控制在彈體壁厚的18%以內(nèi)。

上世紀(jì)80年代～90年代,榴彈彈體典型的加工工藝流程為:彈體毛坯沖壓、拔伸(鋸床下料、油壓機(jī)沖壓)—粗車外形(靠模車削)—彈體毛坯收口(感應(yīng)爐加熱、油壓機(jī)收口)—熱處理(感應(yīng)爐加熱)—精車成品(靠模搪內(nèi)表面、車外表面、車螺紋)。此階段榴彈產(chǎn)品以仿研、改進(jìn)設(shè)計(jì)為主,彈體內(nèi)、外形大部分尺寸公差在IT13級(jí)～I(xiàn)T14級(jí),彈體壁偏差控制在彈體壁厚的12%以內(nèi)。

本世紀(jì)初至今,榴彈彈體典型的加工工藝流程為:彈體毛坯沖壓、拔伸(鋸床下料、油壓機(jī)沖壓)—粗車(數(shù)控車削)—彈體毛坯收口(感應(yīng)爐加熱、油壓機(jī)收口)—熱處理(感應(yīng)爐加熱)—精車成品(數(shù)控車削內(nèi)、外表面)。此階段榴彈產(chǎn)品以自主設(shè)計(jì)為主,彈體內(nèi)、外形大部分尺寸公差為IT11級(jí)～I(xiàn)T12級(jí),彈體壁偏差控制在彈體壁厚的6%以內(nèi)。

通過(guò)上述分析可以看出,隨著時(shí)代的變遷,彈體的加工工藝流程基本未發(fā)生變化,但加工工序逐漸減少,加工設(shè)備逐步更新?lián)Q代,彈體的尺寸公差也變小,因此加工精度逐漸提高,彈體實(shí)際質(zhì)量一致性越來(lái)越好。以筆者多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),其中對(duì)彈體質(zhì)量偏差影響最大的是最終的精車成品過(guò)程,此過(guò)程中加工設(shè)備的精度、工藝是造成彈丸質(zhì)量偏差的主要因素,彈體內(nèi)、外形車削采用一次走刀加工完成,所形成的彈丸質(zhì)量偏差最小,質(zhì)量一致性最好,即使在同一公差條件下,若彈體精車工序過(guò)多、多次車削,也會(huì)造成彈丸質(zhì)量偏差較大,一致性不好。

因此，彈丸質(zhì)量偏差的形成理論上是彈丸尺寸公差引起的,其限制了彈丸質(zhì)量偏差的大小,從客觀上來(lái)說(shuō)是由生產(chǎn)能力及加工工藝造成的,其限制了彈丸質(zhì)量的一致性。

目前,彈體機(jī)加工設(shè)備的精度得到大幅提升,彈體精車從最初的普通車床轉(zhuǎn)變到現(xiàn)在普遍采用的精密數(shù)控車床、數(shù)控加工中心,實(shí)現(xiàn)了炮彈的流水線及自動(dòng)化加工,提高了產(chǎn)品的加工精度,加工的產(chǎn)品一致性越來(lái)越好,使得彈丸質(zhì)量偏差減小。同時(shí)隨著技術(shù)的發(fā)展,敏捷制造、精益制造、虛擬制造等現(xiàn)代化制造模式也將在彈藥行業(yè)得到應(yīng)用推廣,彈丸質(zhì)量偏差控制將越來(lái)越精準(zhǔn)。

3 彈丸質(zhì)量偏差對(duì)彈丸外彈道性能、射擊效率及勤務(wù)處理的影響

3.1 彈丸質(zhì)量偏差對(duì)彈丸外彈道性能的影響

在彈丸射擊過(guò)程中,彈丸質(zhì)量存在偏差直接影響的是彈丸的射程,而彈丸射程的改變將影響彈丸的射擊密集度。

根據(jù)外彈道理論,彈丸的實(shí)際質(zhì)量不等于標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量時(shí),將從2個(gè)方面影響彈丸的射程。一是影響彈道系數(shù)的大小,導(dǎo)致射程變化;二是影響彈丸的初速,使射程發(fā)生變化[5]。

當(dāng)彈丸質(zhì)量發(fā)生變化時(shí),彈道系數(shù)偏差量ΔCb可由下式求得:

Cb=(id2/m)×1 000

(1)

式中:Cb為彈道系數(shù),i為彈形系數(shù),d為彈丸直徑,m為彈丸質(zhì)量。對(duì)上式兩邊取對(duì)數(shù)微分,得:

ΔCb=ΔmCb/m

(2)

式中:Δm為彈丸質(zhì)量偏差。對(duì)應(yīng)的射程偏差ΔXCb為

(3)

式中:X為射程。

從內(nèi)彈道學(xué)知識(shí)可知,彈丸質(zhì)量變化Δm時(shí),對(duì)應(yīng)的初速變化量Δv0為

Δv0=-lmv0Δm/m

(4)

式中:lm為彈丸質(zhì)量系數(shù),v0為初速。對(duì)應(yīng)的射程偏差ΔXv0為

(5)

彈丸質(zhì)量變化引起的射程偏差ΔXm為

(6)

按上述修正公式,選擇不同口徑榴彈,取標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)內(nèi)的極限偏差(最大、最小)彈丸質(zhì)量,計(jì)算在最大射程處的射程偏差量,計(jì)算參數(shù)及結(jié)果見表1。表中,EX為彈丸的縱向中間誤差。

表1 射程偏差計(jì)算結(jié)果

從表1可以看出,射程偏差基本上與彈丸質(zhì)量偏差成正比,既彈丸的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量越大,由彈質(zhì)量分級(jí)造成的射程偏差越大,其中122榴彈為底凹彈,屬于低阻形彈丸,彈道系數(shù)對(duì)彈丸質(zhì)量的變化不敏感,其質(zhì)量偏差對(duì)射程偏差影響不大。目前我國(guó)榴彈彈質(zhì)量分級(jí)為同一標(biāo)準(zhǔn),采用同一質(zhì)量偏差范圍,沒有考慮彈丸標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量、彈形系數(shù)等因素對(duì)射程偏差的影響,因此彈質(zhì)量分級(jí)應(yīng)當(dāng)與彈道性能有關(guān),不同彈道性能的彈丸應(yīng)該有不同數(shù)值的彈質(zhì)量分級(jí)。

由彈丸質(zhì)量偏差造成射程的變化,必然引起彈丸射擊密集度的變化,根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)中的密集度計(jì)算估算公式,彈丸的縱向中間誤差EX約等于彈丸射程極差[6]的1/4,因此利用表1數(shù)據(jù),僅考慮彈丸質(zhì)量偏差引起的距離中間誤差,表1中4個(gè)彈丸對(duì)應(yīng)的距離中間誤差分別為14 m,3.75 m,9 m,7.5 m,它們與戰(zhàn)技指標(biāo)規(guī)定的距離中間誤差的比值分別為11%,7%,8%,14%。因此彈丸質(zhì)量偏差對(duì)彈丸射擊密集度的影響還是很大的,為提高彈丸的射擊密集度,有必要壓縮現(xiàn)行彈質(zhì)量分級(jí)中的質(zhì)量偏差范圍。

3.2 彈丸質(zhì)量偏差對(duì)射擊效率的影響

表征射擊效率的指標(biāo)有:對(duì)目標(biāo)的命中概率、對(duì)目標(biāo)的毀傷概率、射擊的經(jīng)濟(jì)性、射擊的迅速性等。其核心指標(biāo)是命中概率和毀傷概率,即彈丸能否擊中目標(biāo),擊中目標(biāo)后能否毀傷目標(biāo)[7-8]。而彈質(zhì)量分級(jí)的存在,雖然在射表中對(duì)彈丸質(zhì)量進(jìn)行修正后降低了彈丸的射擊散布,但也只能得到部分修正,因彈丸質(zhì)量在同一等級(jí)中仍是變化的,仍會(huì)引起射擊散布,最終對(duì)命中概率、毀傷概率產(chǎn)生影響。

從對(duì)打擊目標(biāo)的命中概率來(lái)說(shuō),對(duì)點(diǎn)目標(biāo)射擊,彈丸質(zhì)量偏差的存在增大了彈丸的散布,降低了對(duì)目標(biāo)的命中概率,為保證預(yù)期的毀傷效果,需增加射擊數(shù)量,消耗過(guò)多的彈藥量。而對(duì)于面目標(biāo)射擊來(lái)說(shuō),彈丸質(zhì)量偏差引起彈丸的適當(dāng)散布,能夠覆蓋更大的目標(biāo)面積,具有較好的命中概率,對(duì)目標(biāo)的毀傷效果愈好。

從對(duì)打擊目標(biāo)的毀傷效果來(lái)說(shuō),因彈丸對(duì)目標(biāo)的最終毀傷作用即取決于命中概率又取決于最終的毀傷手段,對(duì)于以連續(xù)彌散型毀傷元件作為毀傷手段的彈丸來(lái)說(shuō),彈丸質(zhì)量偏差的存在增加了毀傷元件的作用范圍,目標(biāo)被毀傷的數(shù)學(xué)期望值亦高,毀傷效果愈好,如殺傷榴彈等。對(duì)于以離散集中型毀傷元件作為毀傷手段的彈丸來(lái)說(shuō),彈丸質(zhì)量偏差的存在降低了毀傷元件對(duì)目標(biāo)的命中概率,對(duì)目標(biāo)的毀傷效果變差,如穿甲彈、破甲彈等。

綜上,采用不同的毀傷手段,對(duì)不同的目標(biāo)射擊,由彈丸質(zhì)量偏差造成對(duì)目標(biāo)命中概率、毀傷概率的影響是不同的,我國(guó)現(xiàn)行彈質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)采用同一標(biāo)準(zhǔn),未考慮彈種、打擊目標(biāo)的差異,必然會(huì)對(duì)射擊效率帶來(lái)影響。因此彈質(zhì)量分級(jí)應(yīng)當(dāng)與作戰(zhàn)使用方式、方法有關(guān),不同使用功能的彈丸應(yīng)該有不同數(shù)值的彈質(zhì)量分級(jí)。

3.3 彈丸質(zhì)量偏差對(duì)彈藥勤務(wù)處理的影響

采用彈質(zhì)量分級(jí)后,保證了彈丸生產(chǎn)制造的經(jīng)濟(jì)性,但同時(shí)也對(duì)彈丸的生產(chǎn)管理、勤務(wù)處理帶來(lái)了一定的影響。

在彈丸生產(chǎn)時(shí)的不同階段都需對(duì)彈丸進(jìn)行稱重,對(duì)不同彈丸質(zhì)量偏差的彈丸進(jìn)行單獨(dú)管理,在彈體精車完成后需對(duì)彈體稱重、標(biāo)記,以便于后續(xù)彈體裝藥及組批管理,在彈體完成裝藥后還需稱重、標(biāo)記,在彈丸噴漆后、印制標(biāo)識(shí)時(shí)仍需稱重,按彈丸質(zhì)量偏差分級(jí)表確定彈質(zhì)量符號(hào),并在彈體上印制標(biāo)記,且都要根據(jù)不同的質(zhì)量偏差分組、分箱存放,雖然目前工廠在彈質(zhì)量分級(jí)管理上不存在生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題,但彈質(zhì)量分級(jí)給彈丸及其零部件的存放、周轉(zhuǎn)帶來(lái)很大不便,需占用較大面積的廠房,對(duì)生產(chǎn)效率的提高有一定的制約。

在彈藥勤務(wù)處理時(shí),由于一批彈藥中會(huì)存在不同的彈質(zhì)量符號(hào),為了保證射擊精度,在射擊準(zhǔn)備前需根據(jù)彈藥包裝箱上的標(biāo)志,將彈質(zhì)量符號(hào)不同的彈藥箱進(jìn)行分類、分開放置,將分類結(jié)果登記下來(lái),報(bào)告給射擊指揮員,在射擊時(shí)需根據(jù)修正指令,調(diào)整火炮射擊諸元,在射擊后剩余彈藥仍需根據(jù)標(biāo)志,將彈丸與藥筒裝入標(biāo)志相符合的彈藥包裝箱內(nèi)[9]。由于存在不同的彈質(zhì)量符號(hào),這制約了彈藥供給效率、戰(zhàn)場(chǎng)快速反應(yīng)能力的提高。而未來(lái)信息化條件下戰(zhàn)爭(zhēng)突發(fā)性強(qiáng)、節(jié)奏快、強(qiáng)度高、戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)和作戰(zhàn)樣式發(fā)生很大變化,彈藥消耗品種多、數(shù)量大,要求有較高的彈藥供給效率和較少的戰(zhàn)爭(zhēng)準(zhǔn)備時(shí)間,為了適應(yīng)信息化條件下的作戰(zhàn)使用要求,有必要減少?gòu)椯|(zhì)量分級(jí)符號(hào)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析,彈丸質(zhì)量偏差客觀上主要受限于機(jī)加工能力,而目前我國(guó)彈藥行業(yè)均普遍采用數(shù)控車床進(jìn)行彈丸的機(jī)加工,彈丸質(zhì)量一致性較好,彈丸質(zhì)量偏差已經(jīng)減少,由于彈質(zhì)量分級(jí)與彈丸密集度、彈藥的生產(chǎn)管理、彈藥的勤務(wù)處理有密不可分的關(guān)系,建議對(duì)彈質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)開展系統(tǒng)性的研究工作,減少現(xiàn)行彈質(zhì)量分級(jí)級(jí)數(shù),壓縮彈丸質(zhì)量偏差范圍。

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AnalysisoftheInfluenceofStandardMassClassificationforProjectileonTacticalOperation

GUO Shang-sheng,XING Cun-zhen,HUANG Fu-feng,LIU Xiao-jun

(Liaoshen Industries Group Ltd,Shengyang 110045,China)

The mass classification of projectile adopts one and the same standard in China.Aiming at this problem,the influence of mass deviation on tactical operation was analyzed.According to the purpose and current condition of mass classification,the causes of mass deviation and its impact on trajectory performances of projectile were analyzed,and the influence of the current mass classification standard on the promotion of projectile dispersion,fire efficiency of cannon and service supportability of ammunition was discussed.The proposal to reduce current mass classification levels and mass deviation range was proposed combined with the development tend of the modern production equipment and technics.

projectile;mass classification of projectile;fire efficiency;service guarantee

TJ410.1

A

1004-499X(2017)04-0093-04

2017-07-06

郭尚生(1996- ),男,高級(jí)工程師,研究方向?yàn)閺椝幵O(shè)計(jì)與試驗(yàn)。E-mail:15640200025@163.com。