瑞典古斯塔夫無后坐炮引信技術(shù)綜述

肖 劍，王雨時(shí)，聞 泉，張志彪

(南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094)

0 引言

自20世紀(jì)70年代以后，輕型無后坐炮有了進(jìn)一步發(fā)展，如瑞典M3和M4式古斯塔夫無后坐炮。伴隨著無后坐炮的發(fā)展以及作戰(zhàn)用途的不斷拓展，古斯塔夫無后坐炮彈藥類型也越來越豐富，彈藥系統(tǒng)的多樣性促使了引信結(jié)構(gòu)和性能的不斷發(fā)展和完善。我國在六、七十年代也發(fā)展了無后坐炮武器系統(tǒng)，主要有65式82 mm無后坐炮系統(tǒng)和78式82 mm無后坐炮系統(tǒng)，其中78式82 mm無后坐炮引信包括DR04式、無榴-3式和電-1已式引信[1-2]。文獻(xiàn)[3]詳細(xì)介紹了瑞典84 mm口徑古斯塔夫無后坐炮彈藥技術(shù)。

20世紀(jì)70年代末，M3式古斯塔夫無后坐炮配用了火箭增程彈，也發(fā)展了新型彈底起爆引信 F/551。隨著無后坐炮及其彈藥的發(fā)展，無后坐炮引信型號(hào)和類型也越來越豐富，同一引信型號(hào)可適配于同類彈藥系統(tǒng)不同代的型號(hào)，通用性較強(qiáng)。目前瑞典古斯塔夫無后坐炮裝備的引信型號(hào)有ZTZ 42 A1、FFV 447、FFV 502、FFV 957和F/551。

古斯塔夫無后坐炮最早主要用作反坦克武器。目前古斯塔夫無后坐炮用途較廣，而對(duì)引信保險(xiǎn)裝置、解除保險(xiǎn)距離(時(shí)間)和觸發(fā)靈敏度等性能要求更高。在未來作戰(zhàn)中，為適應(yīng)不同作戰(zhàn)需求，無后坐炮引信系統(tǒng)的發(fā)展仍是重中之重。查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)，未發(fā)現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)瑞典古斯塔夫無后坐炮引信作特點(diǎn)分析。本文通過對(duì)比84 mm口徑古斯塔夫無后坐炮不同引信的結(jié)構(gòu)、原理和性能，歸納出古斯塔夫無后坐炮引信的特點(diǎn)，為給無后坐炮引信系統(tǒng)研制提供參考。

1 火炮、彈藥與彈道環(huán)境概述

1.1 火炮概述

瑞典古斯塔夫無后坐炮采用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推力原理，在尾部裝有拉瓦爾噴管。在射擊過程中，發(fā)射藥燃?xì)馔苿?dòng)彈丸向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí)又從拉瓦爾噴管中高速流出，在彈丸向前運(yùn)動(dòng)過程中，身管產(chǎn)生后坐力，而火藥氣體高速流出對(duì)身管產(chǎn)生反后坐力，整個(gè)發(fā)射過程中，炮身基本上處于靜止?fàn)顟B(tài)[3]。

瑞典古斯塔夫無后坐炮發(fā)展起源于M1，但M1僅作為反坦克武器使用且口徑僅為20 mm。1948年FFV公司研制出M2。M2全長1.13 m，全重14.2 kg，可由單兵攜帶，1～2人操縱，炮彈初速310 m/s，射速6發(fā)/min，如圖1所示[11]。20世紀(jì)70年代初根據(jù)瑞典陸軍作戰(zhàn)需求改進(jìn)了M2，改進(jìn)后命名為M2-550，采用了FFV556式瞄準(zhǔn)裝置，并配備了火箭增程彈。M2-550比M2型體積重量更大，射程更遠(yuǎn)。

圖1 M2型古斯塔夫無后坐炮Fig.1 M2 Gustaf recoilless guns

圖2 M3型古斯塔夫無后坐炮Fig.2 M3 Gustaf recoilless guns

目前裝備最廣泛的是M3，M3全長1.065 m，因大量采用碳纖維復(fù)合材料，全炮重僅9.5 kg。M3保持了古斯塔夫用途廣、性能強(qiáng)的特點(diǎn)，可發(fā)射多型彈藥，對(duì)付多種目標(biāo)，如圖2所示。2014年瑞典薩博博福斯動(dòng)力公司(Svenska Aeroplan Aktiebolaget Bofors Dynamics，簡稱SAAB公司，前身是博福斯反裝甲公司)研制出新型便捷式無后坐炮古斯塔夫M4。M4全重6.7 kg，全長小于1 m。相比于其他型號(hào)無后坐炮，M4加裝了上膛保險(xiǎn)裝置，確保裝彈狀態(tài)下的安全性，允許士兵帶著彈已上膛的M4(如圖3所示)進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作。

圖3 M4型古斯塔夫無后坐炮Fig.3 M4 Gustaf recoilless guns

古斯塔夫無后坐炮武器系統(tǒng)具有較強(qiáng)的靈活性，可供選擇的彈藥種類齊全。古斯塔夫無后坐炮得到美國、日本等國的重視，目前已有47個(gè)國家采購裝備[4]。

1.2 彈藥概述

20世紀(jì)50年代瑞典M2型84 mm古斯塔夫無后坐炮彈藥系統(tǒng)包括441 B型殺傷爆破榴彈、469 B型發(fā)煙彈和545型照明彈。其中441B型殺傷爆破榴彈全彈重3.20 kg，彈丸重2.30 kg，主要對(duì)付開闊地或戰(zhàn)壕內(nèi)集群人員。469 B型發(fā)煙彈全彈重3.10 kg，彈丸重2.20 kg，用以生成煙幕、干擾對(duì)方觀察、射擊和指示目標(biāo)。545型照明彈全彈重3.10 kg，彈丸重2.20 kg，用以提供照明[6]。

20世紀(jì)70年代，瑞典FFV軍械公司發(fā)展了新型551型火箭增程破甲彈，配備在M2-550古斯塔夫無后坐炮上，用于近距離攻擊坦克和各種裝甲目標(biāo)。該彈除了裝備瑞典部隊(duì)外，還裝備了澳大利亞、加拿大、以色列等國家。

20世紀(jì)80年代，為完善古斯塔夫無后坐炮多用途武器系統(tǒng)，瑞典相繼研制了441 D型殺傷爆破榴彈、551 C型火箭增程破甲彈、751型火箭增程破甲彈、ADM 401型榴霰彈、TPT 141型曳光訓(xùn)練彈和TP 552型火箭增程訓(xùn)練彈等彈藥。瑞典古斯塔夫無后坐炮彈藥主要性能如表1所列。

1.3 彈道環(huán)境概述

估取彈丸膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)行程為不計(jì)拉瓦爾噴管的身管長0.77 m，按文獻(xiàn)[7]給出的經(jīng)驗(yàn)公式估算出古斯塔夫無后坐炮引信后坐過載和膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間，如表2所列。根據(jù)無后坐炮內(nèi)彈道學(xué)模型[8-9]和表1給出的彈重參數(shù)，使用軟件Matlab解算出最大膛壓，并據(jù)此計(jì)算出后坐過載(將計(jì)及彈后空間壓力梯度影響的虛擬系數(shù)近似取為1)。對(duì)比由經(jīng)驗(yàn)公式估算得到的后坐過載與理論計(jì)算通過最大膛壓得到的后坐過載，誤差最大為17%，最小為6.2%。瑞典古斯塔夫無后坐炮引信參考彈道環(huán)境如表2所列。

表1 瑞典古斯塔夫無后坐炮彈藥主要性能[12]

表2 瑞典古斯塔夫無后坐炮引信參考彈道環(huán)境[12]

表2中的最大射程數(shù)值可能多系有效射程最大值。按545C照明彈最大射程2 300 m估計(jì)，所配引信爬行過載系數(shù)約為4.3。其中502型雙用途殺爆彈和551型火箭增程破甲彈屬于尾翼彈。

2 引信構(gòu)造與作用原理

2.1 ZTZ 42 A1火藥時(shí)間引信[10]

ZTZ 42 A1火藥時(shí)間引信，配用于545B型照明彈，為時(shí)間藥環(huán)彈頭引信，引信發(fā)火方式為針刺發(fā)火。傳爆序列由火帽、引燃劑、延期藥盤、藥柱、拋射藥構(gòu)成。引信結(jié)構(gòu)如圖4所示，工作原理：彈丸發(fā)射時(shí)，后坐力使擊錘向后壓縮其彈簧，擊錘內(nèi)的火帽沖撞擊針，接著引燃劑引燃延期藥盤，燃燒時(shí)間等于引信裝定距離的飛行時(shí)間。然后底部藥柱點(diǎn)燃拋射藥，接著點(diǎn)燃彈內(nèi)的照明劑。ZTZ 42 A1引信利用后坐過載環(huán)境解除保險(xiǎn)后，依靠延期藥盤裝定時(shí)間來保證引信未達(dá)到目標(biāo)時(shí)處于安全狀態(tài)。該引信不符合MIL-STD-1316C《引信安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》的相關(guān)要求。

圖4 ZTZ 42 A1火藥時(shí)間引信結(jié)構(gòu)Fig.4 The structure of pyrotechnic time fuze ZTZ 42 A1

2.2 FFV 957彈頭觸發(fā)引信[10]

FFV 957彈頭觸發(fā)引信配用于469B型發(fā)煙彈。該引信發(fā)火方式為針刺發(fā)火，瞬發(fā)傳爆序列由雷管、導(dǎo)爆藥、傳爆藥構(gòu)成。引信結(jié)構(gòu)如圖5所示。工作原理：發(fā)射時(shí)，后坐加速度使安全和解除保險(xiǎn)裝置(如圖6)中的后坐銷縮回，釋放鋼球，保險(xiǎn)閂的凸緣將鋼球推離通道并后移，然后釋放滑塊，接著離心力沿徑向向外驅(qū)動(dòng)滑塊，釋放轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子釋放后，在離心力作用下經(jīng)無返回力矩擒縱機(jī)構(gòu)延期到達(dá)解除保險(xiǎn)位置。離心力還向外移動(dòng)彈簧保險(xiǎn)銷(三個(gè)沿周向均布)，從而釋放擊針。在大著角碰擊目標(biāo)時(shí)，擊針刺發(fā)雷管，然后依次使導(dǎo)爆管、傳爆管、拋撒裝藥和發(fā)煙劑作用。此外，頭部直接撞擊時(shí)，擊針桿向擊針反沖，使其刺發(fā)雷管。該引信通過后坐過載環(huán)境解除第一道保險(xiǎn)，通過旋轉(zhuǎn)環(huán)境解除第二道保險(xiǎn)，其他保險(xiǎn)則是利用彈簧加載的保險(xiǎn)銷將擊針固定在保險(xiǎn)位置并依靠旋轉(zhuǎn)環(huán)境解除保險(xiǎn)。該引信解除保險(xiǎn)距離為20～70 m，具有觸發(fā)和擦地炸兩種作用模式。該引信未解除保險(xiǎn)時(shí)，對(duì)25 mm厚木板不起作用，解除保險(xiǎn)時(shí)，對(duì)7 mm厚木板作用。該引信不符合MIL-STD-1316C《引信安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》的相關(guān)要求。

圖5 FFV 957彈頭起爆引信結(jié)構(gòu)Fig.5 The structure of point detonation fuze FFV 957

圖6 FFV 957彈頭起爆引信的安全和解除保險(xiǎn)裝置Fig.6 The safety and arming device for point detonation fuze of FFV 957

2.3 FFV 502彈底起爆引信[10]

FFV 502彈底起爆引信配用于502型雙用途殺爆彈。該引信發(fā)火方式為針刺發(fā)火，瞬發(fā)和延期傳爆序列均由雷管、導(dǎo)爆藥、傳爆藥構(gòu)成。引信結(jié)構(gòu)如圖7所示。工作原理：發(fā)射時(shí)，發(fā)射藥氣體穿過引信底盤孔推動(dòng)壓力活塞，壓力活塞使保險(xiǎn)銷上移，然后鋼球移動(dòng)到側(cè)面，同時(shí)釋放擒縱機(jī)構(gòu)鎖銷，后坐加速度與壓縮的驅(qū)動(dòng)簧向下推動(dòng)擒縱機(jī)構(gòu)鎖銷，進(jìn)而釋放擒縱機(jī)構(gòu)，之后扭簧使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，后坐加速度繼續(xù)向下推動(dòng)活擊體，釋放轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子中的彈簧加載推銷，轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)活擊體阻擋了轉(zhuǎn)子鎖。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過180°并且后坐加速度消失時(shí)，壓縮彈簧向上推動(dòng)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的活擊體，通過轉(zhuǎn)子鎖使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到解除保險(xiǎn)位置。因此，該引信通過后坐過載環(huán)境解除第一道保險(xiǎn)，通過轉(zhuǎn)子鎖解除第二道保險(xiǎn)，解除保險(xiǎn)距離為16～31 m。定時(shí)和瞬發(fā)觸發(fā)兩種作用模式的裝定取決于彈藥裝填的方位(差180°方位角)。

圖7 FFV 502彈底起爆引信結(jié)構(gòu)Fig.7 The structure of projectile base detonation fuze FFV 502

2.4 FFV 447機(jī)械時(shí)間/瞬發(fā)觸發(fā)引信[10]

FFV 447機(jī)械時(shí)間/瞬發(fā)觸發(fā)引信為彈頭引信，配用于441B型殺爆彈，結(jié)構(gòu)如圖8所示。該引信發(fā)火方式為針刺發(fā)火，其瞬發(fā)傳爆序列和延期傳爆序列均由第一個(gè)雷管、第二個(gè)雷管、導(dǎo)爆藥、傳爆藥構(gòu)成。發(fā)射時(shí)，后坐加速度使后坐銷退回，釋放球，保險(xiǎn)閂的外緣將球推開，釋放滑塊，接著離心力驅(qū)動(dòng)滑塊徑向外移，釋放轉(zhuǎn)子(結(jié)構(gòu)可參照?qǐng)D6)。同時(shí)離心力使彈簧保險(xiǎn)銷(也是三個(gè)沿周向均布)向外移動(dòng)，釋放擊針。轉(zhuǎn)子被釋放后，在離心力作用下，通過鐘表機(jī)構(gòu)經(jīng)歷一定的延時(shí)后運(yùn)動(dòng)到解除保險(xiǎn)位置，在裝定的時(shí)刻，鐘表機(jī)構(gòu)延期后擊錘激發(fā)第一個(gè)雷管，該雷管的超壓驅(qū)使活擊體下推擊針刺發(fā)第二個(gè)雷管，然后使導(dǎo)爆管、傳爆管及傳爆序列的其余部分作用。在瞬發(fā)或擦地時(shí)，安全與解除保險(xiǎn)裝置沖向擊針，引發(fā)傳爆序列。該引信的第一道保險(xiǎn)為后坐保險(xiǎn)，第二道保險(xiǎn)為離心保險(xiǎn)，其他保險(xiǎn)包括保險(xiǎn)件鎖定鐘表機(jī)構(gòu)和彈簧加載的保險(xiǎn)銷將擊針鎖定在安全位置。該引信解除保險(xiǎn)距離為20～70 m，作用模式為定時(shí)或瞬發(fā)觸發(fā)，可手工裝定。該引信在5°以下落角對(duì)50 mm厚松木板不作用。該引信不符合MIL-STD-1316C《引信安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》的相關(guān)要求。

圖8 FFV 447機(jī)械時(shí)間瞬發(fā)觸發(fā)引信結(jié)構(gòu)Fig.8 The structure of mechanical time instantaneous fuze FFV 447

2.5 F/551彈底起爆引信[10]

F/551彈底起爆引信配用于551型破甲彈。該引信發(fā)火方式為電發(fā)火，瞬發(fā)傳爆序列由電雷管、PBXN-5傳爆藥構(gòu)成。引信結(jié)構(gòu)如圖9所示。工作原理：安全狀態(tài)下兩個(gè)彈簧加載的套筒(后坐銷)將錯(cuò)位轉(zhuǎn)子限制在安全位置。發(fā)射時(shí)，后坐加速度使兩個(gè)彈簧加載的套筒退回，釋放轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子借助其解除保險(xiǎn)彈簧旋轉(zhuǎn)270°到解除保險(xiǎn)位置，接觸簧使接觸片緊壓電雷管，閉合發(fā)火電路。當(dāng)彈丸正面或側(cè)面碰擊目標(biāo)時(shí)，沖擊波傳出，擠壓5個(gè)壓電晶體，發(fā)送電信號(hào)起爆雷管，然后雷管使傳爆管作用，最后起爆炸藥裝藥。該引信包含有由4個(gè)二極管構(gòu)成的橋式整流器。當(dāng)彈丸飛行穿越灌木叢時(shí)，因碰擊灌木叢而在壓電晶體上產(chǎn)生的較低電壓會(huì)在整流器上被降低，使傳送到電雷管上的電壓不足以使其發(fā)火，從而實(shí)現(xiàn)了引信的鈍感度即低靈敏度性能。該引信只利用后坐過載環(huán)境解除保險(xiǎn)，解除保險(xiǎn)距離為5～15 m。該引信最大著角為80°～90°，可對(duì)付400 mm厚普通裝甲。該引信不符合MIL-STD-1316C《引信安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》的相關(guān)要求。

圖9 F/551彈底起爆引信安全與解除保險(xiǎn)狀態(tài)Fig.9 The safety and arming device status for projectile base detonation fuze of F/551

3 引信性能介紹與特點(diǎn)分析

上述各彈藥所用引信的性能參數(shù)如表3所列。

由表3可知，瑞典古斯塔夫無后坐炮FFV 447引信、FFV 502引信、FFV 957引信具有冗余保險(xiǎn)特性，F(xiàn)FV 447引信和FFV 957引信第一道保險(xiǎn)均是用軸向保險(xiǎn)裝置將擊針鎖定在安全位置，依靠后坐過載解除保險(xiǎn)，但在旋轉(zhuǎn)環(huán)境即靠離心力解除的第二道保險(xiǎn)中，F(xiàn)FV 447引信采用鐘表機(jī)構(gòu)，而FFV 957引信采用無返回力矩擒縱機(jī)構(gòu)。FFV 502引信借助轉(zhuǎn)子保險(xiǎn)和轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的活機(jī)體被約束在安全位置，依靠后坐加速度推動(dòng)活機(jī)體解除第一道保險(xiǎn)，通過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到解除保險(xiǎn)位置解除第二道保險(xiǎn)。而ZTZ 42 A1引信和F/551引信只有一道保險(xiǎn)，ZTZ 42 A1引信利用后坐加速度解除保險(xiǎn)，依靠延期藥盤裝定引信飛行時(shí)間，F(xiàn)/551引信利用后坐加速度使套筒退回，釋放轉(zhuǎn)子解除保險(xiǎn)。FFV 447引信和FFV 957同為彈頭引信，保險(xiǎn)原理相同且引信解除保險(xiǎn)距離最長，在勤務(wù)處理以及裝彈使用過程中安全性最高，而FFV 502引信和F/551引信同為彈底引信，但FFV 502引信較F/551引信安全。ZTZ 42 A1引信安全性較低，但僅配用于照明彈，危害程度稍低。

表3 瑞典古斯塔夫無后坐炮引信性能參數(shù)

4 結(jié)論

瑞典古斯塔夫無后坐炮引信自上世紀(jì)70年代以后發(fā)展迅速，為無后坐炮多用途性提供了保障。瑞典古斯塔夫無后坐炮優(yōu)點(diǎn)在于使用不同類型彈藥時(shí)的炮口初速在210～260 m/s，且彈丸靠膛線自旋和彈道性能穩(wěn)定，精度高而射程更遠(yuǎn)[5]。

目前，我國主要有65式82 mm和78式82 mm無后坐炮，且該炮的引信不同于古斯塔夫無后坐炮引信。為給我國無后坐炮引信的研制提供參考，本文通過對(duì)比歸納出古斯塔夫無后坐炮不同引信的特點(diǎn)：

1)瑞典古斯塔夫無后坐炮引信可通用于M2式、M3式和M4式三代無后坐炮彈藥系統(tǒng)，通用性很高。

2)瑞典古斯塔夫無后坐炮彈藥和戰(zhàn)斗部功能及原理不同，其所配引信原理、結(jié)構(gòu)和性能也不同。目前只有ZTZ 42 A1引信采用時(shí)間藥盤，其燃燒時(shí)間等于引信裝定距離的飛行時(shí)間。

3)瑞典古斯塔夫無后坐炮引信系統(tǒng)均無自毀功能設(shè)計(jì)，對(duì)于觸發(fā)式引信，在未擊中目標(biāo)時(shí)，存在附帶毀傷和誤傷的問題。

4)瑞典古斯塔夫無后坐炮FFV 447引信和FFV 502引信具有觸發(fā)和延期兩種模式，可根據(jù)作戰(zhàn)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)定。

5)瑞典古斯塔夫無后坐炮FFV 957引信具有擦地炸作用，可對(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行摧毀。