子彈模擬發(fā)射器在引信研制生產中的應用

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(豫西工業(yè)集團有限公司，河南 南陽 473000)

0 引言

以戰(zhàn)斗部殼體作母彈，內裝多個子彈在目標上空拋出，毀傷集群目標的常規(guī)彈藥稱為集束彈藥。一個集束彈藥內可以裝2到幾千枚子彈 。按投射平臺，可分為后裝炮子母彈、迫擊炮子母彈、火箭炮子母彈、空投子母彈。按開艙方式，可分為推板推出的縱向開艙方式(又可分為前開艙、后開艙)、靠中心爆管爆開的橫向開艙方式等[1]。模擬試驗在引信和子彈藥研制生產中得到越來越多的應用。尤其是破甲子彈威力試驗，由于子彈散布大，裝填數(shù)量多，實彈射擊沒有辦法考核，只有通過模擬試驗才能考核。因此，我國在八十年代就設計出了模擬發(fā)射器(也叫模擬炮)，在子彈研制生產中代替部分實彈射擊試驗，以驗證引信設計方案的可行性、設計的準確性和引信生產批的質量情況。進行的引信模擬試驗包括引信瞬發(fā)度測試、子彈引信保險及解除保險距離試驗、后坐保險機構解除保險可靠性試驗、離心保險機構解除保險可靠性試驗、主發(fā)火可靠性、自毀發(fā)火和綜合發(fā)火可靠性模擬試驗等。近年來，隨著《集束彈藥公約》和聯(lián)合國特定常規(guī)武器公約《集束彈藥議定書草案》的發(fā)布[2]，要求子彈引信具有自毀、自失效和自失能功能。因此需要用模擬發(fā)射器考核自毀自失效機構彈道保險性能，考核自毀自失效機構的后坐保險機構解除保險可靠性，用母彈開艙試驗考核子彈受開艙力可靠擊發(fā)組合點火管的性能。原來的模擬發(fā)射器存在口徑小、初速低不能滿足導彈子母彈研制的需要，導彈子母彈的高存速，給子彈強度帶來嚴重挑戰(zhàn)，需要設計低后座過載、高初速的模擬發(fā)射器，以考核子彈強度；需要設計大口徑模擬發(fā)射器使子彈傾斜放置在模擬發(fā)射器中，以滿足模擬子彈在中心爆管開艙環(huán)境下的姿態(tài)。因此，總結子彈藥及引信模擬試驗技術應用成果，不斷改進拓展，并把成果推廣到引信和智能化彈藥的研制中很有必要[3]。

1 模擬發(fā)射器

1.1 原理

模擬發(fā)射器是按照火炮原理而特制的一種小型發(fā)射裝置。用于發(fā)射模擬彈或各種直徑的子彈。

模擬發(fā)射器實質就是一門小型火藥炮，有身管、有炮架，射角0°～80°可調。一般火炮的不同之處在于：

1)用電機、皮帶輪帶動發(fā)射管旋轉，達到母彈轉速后發(fā)射。發(fā)射管轉速0～8 000 r/min可調。

2)前膛裝入子彈，后膛裝入發(fā)射藥(黑火藥等)，通過藥量或品種調整拋撒過載。后坐系數(shù)K1、初速、轉速可調。

3)電發(fā)火，由電點火器引燃點火藥包。

模擬發(fā)射器可試驗直徑34.7～120 mm的子彈。

1.2 模擬發(fā)射器構造

如圖1所示，模擬發(fā)射器由炮架、炮管、藥室、電機、皮帶、皮帶輪、導線和控制器等組成。

模擬發(fā)射器由身架系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、點火系統(tǒng)及附件四部分組成。

1)身架系統(tǒng)主要由發(fā)射管、支架、電機、傳動系統(tǒng)等組成。共同構成發(fā)射器本體。

2)電控系統(tǒng)主要由操作控制裝置、電纜線等組成，用于控制(調整)模擬發(fā)射器轉速。

3)點火系統(tǒng)主要由點火器(起爆器)、導電線、點火藥包等組成。用于點燃發(fā)射藥發(fā)射子彈。

發(fā)射藥：2#小粒黑或樟槍藥等。

1.3 模擬發(fā)射器技術要求

1)模擬發(fā)射器的立靶密集度要求。

2)模擬發(fā)射器的射角調整和轉速范圍要求。

3)初速及初速或然誤差要求。

4)發(fā)射管表面處理要求，熱處理要求，加工后進行超聲波探傷檢查要求。

5)危險品注意事項。

送彈入膛時，操作人員應站在模擬發(fā)射器一側用彎折送彈器送彈入膛。送彈入膛后，才能接通電源和進行發(fā)射程序。發(fā)射完畢后立即關閉電源。

2 模擬試驗項目

2.1 綜合發(fā)火可靠性模擬試驗

綜合發(fā)火可靠性模擬試驗可以考核后坐保險機構解除保險可靠性、離心保險機構解除保險可靠性、自毀自失效機構彈道保險性能和綜合發(fā)火可靠性。主發(fā)火、自毀發(fā)火可靠性模擬試驗方法與綜合發(fā)火可靠性模擬試驗方法相同，其區(qū)別在于需要對引信進行改裝[4]。

1)目的

考核后坐保險機構解除保險可靠性、離心保險機構解除保險可靠性、自毀自失效機構彈道保險性能和子彈引信發(fā)火率是否滿足指標。

2)基本原理

用模擬發(fā)射器發(fā)射子彈藥，使子彈藥獲得后坐力、離心力以及速度。

3)主要內容

子彈引信發(fā)火率測試條件：

①模擬發(fā)射器的轉速按引信的解除保險轉速選取，當子彈配用于非旋轉彈時炮管不旋轉。發(fā)射藥：2號小粒黑，藥量根據(jù)引信的解除保險過載系數(shù)選?。?/p>

②射角： 0°～45°；

③射擊距離200～400 m；

④目標：中等硬度地面/水面/灌木叢/水稻田等；

⑤子彈戰(zhàn)斗部：惰性裝藥戰(zhàn)斗部。

4)評定標準

子彈應全部回收，子彈引信對中硬度目標(中硬度目標指子彈拋撒落地后，包括穩(wěn)定裝置在內的子彈整體不能完全沒入目標介質內的目標，如中等硬度地面、卵石地等)的綜合發(fā)火可靠度置信應滿足要求；對軟目標(軟目標指子彈拋撒落地后，包括穩(wěn)定裝置在內的子彈整體可完全侵入目標介質內的目標，如水稻田、灌木叢、松軟初耕地、厚雪等)的綜合發(fā)火可靠度應滿足要求[4]。

2.2 引信瞬發(fā)度模擬試驗

1)目的

考核引信瞬發(fā)度。

2)基本原理

根據(jù)相似理論，采用反向彈道試驗法。將被測引信安裝在模擬發(fā)射器前方的支架上。引信頭部正對模擬發(fā)射器中心，用模擬發(fā)射器發(fā)射木制主動彈，使主動彈直接撞擊靜止的被動彈——引信，并使主動彈碰擊引信時的速度與引信碰目標時的速度相同，當主動彈碰擊引信時給出一個信號，引信作用爆炸時給出第二個信號，兩信號的時間間隔即為引信的瞬發(fā)度[5]。

3)主要內容

①調整模擬發(fā)射器轉速到需要轉速，當引信配用于非旋轉彈時炮管不旋轉，裝填發(fā)射藥；

②測定主動彈速度；

③調整射角和射擊距離；

④主動彈為木制；

⑤被動彈為引信；

4)評定標準

瞬發(fā)度散布范圍應滿足要求[6]。

2.3 子彈動破甲模擬試驗

1)目的

考核子彈的動破甲威力。

2)基本原理

用模擬發(fā)射器發(fā)射子彈藥，使子彈藥獲得后坐力、離心力以及需要的著靶速度。

3)主要內容

①調整模擬發(fā)射器轉速到需要轉速，當子彈配用于非旋轉彈時炮管不旋轉，裝填發(fā)射藥；

②按規(guī)定法向角射擊；

③調整射擊距離；

④主靶板：均質裝甲鋼板，后效板： Q235鋼板；

⑤主靶板與第一層后效板間距50 mm，后效板間距10 mm；

⑥子彈戰(zhàn)斗部配用改裝的子彈引信。

4)評定標準

法向角不大于25°、著靶速度為子彈平衡落速的條件下，按照GJB140-1986的要求，能夠穿透均質裝甲鋼主靶板和若干層Q235鋼后效板。

2.4 子彈引信安全及待發(fā)距離試驗

1)目的

考核子彈引信保險及解除保險距離。

2)基本原理

用模擬發(fā)射器發(fā)射子彈，使子彈能夠到達引信安全及待發(fā)距離。

3)主要內容

①用模擬發(fā)射器發(fā)射；分別在子彈引信安全及待發(fā)距離立靶;

②發(fā)射藥：2號小粒黑；

③調整發(fā)射藥量；

④調整炮管轉速；當子彈配用于非旋轉彈時炮管不旋轉；

⑤子彈引信裝在假子彈戰(zhàn)斗部上試驗。

4)評定標準

在安全距離上立靶，子彈引信不許靶前、靶上炸，在待發(fā)距離上立靶，應靶上炸或落地炸。

2.5 子彈藥強度模擬試驗

導彈和遠程火箭子母彈開艙時的速度一般在600～900 m/s，這么高的存速給子彈藥強度、飛行穩(wěn)定性和作用可靠性帶來很不利的影響。導彈成本很高，因此需要用模擬發(fā)射器考核子彈藥強度。

1)試驗目的

考核子彈藥在高存速開艙情況下的強度。

2)基本原理

用模擬發(fā)射器，發(fā)射子彈藥，使其獲得高存速。模擬發(fā)射器要有足夠的強度，炮管要足夠長，以獲得高初速和低的后坐過載。炮管直徑要大，以便將子彈傾斜放置，考核子彈在橫向開艙情況下在不同姿態(tài)下的強度。由于導彈和火箭彈不旋轉，所以炮管不旋轉。

3)主要內容

試驗條件：

①發(fā)射藥：2號小粒黑、樟槍藥；

②射角： 0°～45°；

③射擊距離≥400 m；

④目標：中等硬度地面/水面/灌木叢/水稻田等；

⑤子彈戰(zhàn)斗部：惰性裝藥戰(zhàn)斗部。

試驗方法：

將子彈套入彈托，戰(zhàn)斗部朝向炮口裝入炮膛，將帶有電點火頭的藥包裝入藥室，將藥室裝入炮膛，通電，發(fā)射子彈。

4)評定標準

子彈藥應能正常發(fā)火，子彈強度滿足要求。

3 模擬發(fā)射器在引信及子彈藥科研生產中的應用

在子彈引信研制中大量使用了模擬發(fā)射器，其應用包括方案設計階段驗證設計計算的準確性，通過設計-模擬試驗-修改設計的過程不斷完善設計，而不需要進行實彈射擊試驗。在工程研制和設計定型階段在每批產品進靶場試驗前進行模擬試驗，其作用一是考核產品批質量狀況，二是可以減少實彈射擊的數(shù)量。

3.1 方案階段

方案階段根據(jù)設計要求，確定了子彈模擬試驗條件、試驗項目、試驗數(shù)量和試驗合格標準。

第一次試驗，進行了20枚子彈綜合發(fā)火性試驗，同時考核后坐保險機構解除保險可靠性、離心保險機構解除保險可靠性、自毀自失效機構彈道保險性能(下同)。目標：中硬地面。試驗結果全部發(fā)火。

第二次試驗，進行了20枚子彈自毀發(fā)火性試驗，目標：中硬地面。試驗結果有3枚子彈瞎火，17枚發(fā)火。3枚瞎火子彈經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是自毀機構的保險機構沒有解除保險。分析原因是孔表面粗糙度不合格，造成運動阻力大，未解除保險。

第三次試驗，利用合格的零件進行30枚子彈綜合發(fā)火性試驗，目標：中硬地面。試驗結果全部發(fā)火。

第四次試驗，進行了30枚子彈自毀發(fā)火性試驗，目標：中硬地面。試驗結果有2枚子彈瞎火，28枚發(fā)火。2枚瞎火子彈經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是自毀機構的保險機構沒有解除保險。分析原因是慣性簧抗力大，未解除保險。

采取減小慣性簧抗力并增大其駐室高度的措施，重新加工后，進行了第五次試驗，子彈自毀發(fā)火性試驗，試驗數(shù)量50枚，目標：中硬地面。試驗結果有1枚子彈瞎火，49枚發(fā)火。1枚瞎火子彈經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是自毀機構的保險機構沒有解除保險。自毀發(fā)火率為98%，滿足要求。

完成方案樣機加工后，進行全面性能考核。

第六次試驗，進行100枚子彈綜合發(fā)火性試驗，目標：中硬地面。試驗結果全部發(fā)火。

第七次試驗，進行了50枚子彈自毀發(fā)火性試驗，目標：中硬地面。試驗結果有1枚子彈瞎火，49枚發(fā)火。1枚瞎火子彈經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是自毀機構的保險機構沒有解除保險。自毀發(fā)火率為98%，滿足要求。

第八次試驗，進行了50枚子彈引信大著角發(fā)火性模擬試驗，試驗結果子彈引信全部發(fā)火，試驗結果滿足要求。

第九次試驗，進行了30枚子彈高低常溫動破甲模擬試驗，試驗結果滿足要求。

第十次試驗，子彈引信安全及待發(fā)距離試驗。用模擬發(fā)射器發(fā)射子彈，子彈狀態(tài)為真子彈引信、假子彈戰(zhàn)斗部，對木靶板射擊，子彈引信在安全距離上不許靶前、靶上炸，在待發(fā)距離上應靶上炸或落地炸。試驗取得良好效果并在設計定型試驗中得到應用。

方案階段共進行10次模擬試驗，進行了子彈綜合發(fā)火性試驗、子彈自毀發(fā)火性試驗、子彈引信大著角發(fā)火性試驗、子彈引信安全及待發(fā)距離試驗(只有通過模擬發(fā)射器試驗才能實現(xiàn))、子彈高低常溫動破甲模擬試驗。模擬試驗中發(fā)現(xiàn)自毀發(fā)火率低，通過分析瞎火原因，改進設計，重新進行模擬發(fā)火試驗，試驗取得成功。通過14發(fā)母彈射擊試驗證明，模擬試驗是成功的，子彈滿足設計要求。

3.2 39.2子彈工程研制階段

工程研制階段對方案階段自毀瞎火情況，減小了慣性簧抗力。

第一次試驗，進行了20枚子彈自毀發(fā)火性試驗，試驗結果滿足要求。

第二次試驗，進行了20枚子彈綜合發(fā)火性試驗，目標：中硬地面。試驗結果滿足要求。

第三次試驗，進行了20枚子彈綜合發(fā)火性試驗，目標：水面。試驗結果滿足要求。

第四次試驗，為工程樣機試驗，進行了12發(fā)母彈(396枚子彈)高低常溫自毀發(fā)火性試驗，目標：中硬地面。試驗結果滿足要求。

第五次試驗，工程鑒定試驗，進行50枚子彈綜合發(fā)火性試驗，目標：中硬地面。試驗結果全部發(fā)火。進行了50枚子彈引信大著角發(fā)火性模擬，試驗結果滿足要求。進行了20枚子彈高低常溫動破甲模擬試驗，試驗結果滿足要求。

由于工程研制階段前期進行了大量的模擬試驗并且試驗效果理想，所以工程鑒定試驗就不進行靶場射擊試驗，借用前期試驗結果。

工程研制階段進行了三次模擬試驗和工程鑒定模擬試驗，模擬試驗項目有子彈綜合發(fā)火性試驗，水面發(fā)火性試驗(水面目標在靶場射擊試驗很難找到，用模擬發(fā)射器就很好找到水面目標)、子彈自毀發(fā)火性試驗、子彈引信大著角發(fā)火性試驗、子彈高低常溫動破甲模擬試驗。試驗滿足要求。

3.3 39.2子彈設計定型階段

定型批驗收試驗：進行了50枚子彈綜合發(fā)火性試驗，目標：中硬地面。試驗結果滿足要求。

設計定型試驗：進行了50枚子彈引信大著角發(fā)火性模擬，試驗結果滿足要求。進行了30枚子彈高低常溫動破甲模擬試驗，試驗結果滿足要求。

設計定型靶場試驗：進行了18發(fā)母彈(594枚子彈)高低常溫綜合發(fā)火性試驗，目標：中硬地面。試驗結果滿足要求。進行了3發(fā)母彈(99枚子彈)高低常溫主發(fā)火性試驗，目標：中硬地面。試驗結果滿足要求。

設計定型階段進行了子彈綜合發(fā)火性試驗、子彈引信大著角發(fā)火性試驗、子彈高低常溫動破甲模擬試驗。試驗滿足要求。

模擬發(fā)射器輕便，射程近，可以在廠內靶場進行試驗，方便快捷，節(jié)約研制經(jīng)費和時間。模擬發(fā)射器試驗一發(fā)費用300元，實彈射擊一發(fā)母彈15 000～20 000元。由于大量采用模擬試驗，39.2子彈研制過程發(fā)火性試驗只消耗母彈47發(fā)，常規(guī)引信研制中發(fā)火性試驗一般消耗200～500發(fā)彈。由于模擬發(fā)射器的使用，消耗彈藥大大減少，研制費用降低很多。由于試驗不用去外靶場，試驗時間大大減少，縮短了研制周期。

3.4 模擬發(fā)射器在子彈藥強度模擬試驗中的應用

在導彈子彈研制中利用模擬發(fā)射器發(fā)射子彈模擬母彈在600 m/s存速開艙時的子彈藥的狀態(tài)，考核子彈藥在高存速開艙情況下的強度。

試驗采用新設計的低過載高初速的120 mm模擬發(fā)射器。發(fā)射藥為2號小粒黑和樟槍藥；射角：90°；目標：中等硬度地面；子彈戰(zhàn)斗部：惰性裝藥戰(zhàn)斗部。將子彈傾斜放置到彈托中，戰(zhàn)斗部朝向炮口裝入炮膛，將帶有電點火頭的藥包裝入藥室，將藥室裝入炮膛，通電，發(fā)射子彈。試驗結果，子彈藥均正常發(fā)火，子彈強度滿足要求。

3.5 引信瞬發(fā)度模擬試驗應用情況

模擬發(fā)射器的應用不限于子彈，也可以用于其他引信。在火箭彈引信研制中，戰(zhàn)術技術指標中規(guī)定了引信瞬發(fā)度指標，因此，需要測定引信瞬發(fā)度。由于火箭彈主動彈距離長，散布大，中靶率低，所以用實彈射擊測定引信瞬發(fā)度費用很高，用模擬發(fā)射器具有費用低，試驗周期短的優(yōu)點。

用模擬發(fā)射器發(fā)射用模擬發(fā)射器發(fā)射木制主動彈，使主動彈直接撞擊靜止的被動彈——引信，并使主動彈碰擊引信時的速度與引信碰目標時的速度相同，當主動彈碰擊引信時給出一個信號，引信作用爆炸時給出第二個信號，采用HG——202型測試儀測兩信號的時間間隔即為引信的瞬發(fā)度[6]。測試值與用空氣炮測的瞬發(fā)度基本相同。因此，試驗結果是可信的。設計定型試驗也采信了此試驗結果。

4 結論

模擬發(fā)射器在子彈研制生產中用于子彈引信綜合發(fā)火可靠性模擬試驗、主發(fā)火可靠性模擬試驗、自毀發(fā)火模擬試驗、引信瞬發(fā)度模擬試驗、子彈動破甲試驗、子彈引信安全及待發(fā)距離模擬試驗、引信大著角發(fā)火性試驗、子彈藥強度試驗、后坐保險機構解除保險可靠性模擬試驗、離心保險機構解除保險可靠性模擬試驗，取得良好效果，得到廣泛應用。利用模擬發(fā)射器進行的模擬試驗解決了各類子彈藥在研制中的發(fā)火可靠性問題、破甲子彈的威力考核問題、子彈藥強度考核問題、引信后坐保險機構和離心保險機構解除保險可靠性考核問題和引信瞬發(fā)度考核問題。利用模擬試驗減少了實彈射擊試驗次數(shù)和數(shù)量，節(jié)約研制經(jīng)費，縮短研制周期，值得在引信科研和生產中大力推廣模擬試驗。建議進一步總結各子彈廠家和引信廠家模擬試驗應用情況，研究引信模擬試驗的規(guī)律，制定引信模擬試驗標準。

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