某發(fā)射裝藥結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)的新思路

安立強(qiáng) 顏秀紅 梅樹鵬 姜春茂 王輝 柳燕 姜華

（北方華安工業(yè)集團(tuán)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾，161046）

0 引言

某型號炮彈（以下稱為X 彈）所配的發(fā)射裝藥分為全變裝藥和減變裝藥兩大類型。全變裝藥包含0 號和1 號兩個(gè)裝藥號，減變裝藥包括2 ～6 號五個(gè)裝藥號。減變裝藥中的2 號裝藥在使用過程中曾出現(xiàn)過膛壓異常升高到危險(xiǎn)范圍的現(xiàn)象，為了保證裝藥的使用安全，現(xiàn)已針對X 彈的減變裝藥開展結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)工作。本文根據(jù)X 彈發(fā)射裝藥的固有特性，提出一種新的設(shè)計(jì)思想，為類似的發(fā)射裝藥設(shè)計(jì)提供一種借鑒。

1 原發(fā)射裝藥出現(xiàn)的問題

X 彈的2 號裝藥在使用過程中出現(xiàn)過膛壓異常升高，達(dá)到危險(xiǎn)范圍的現(xiàn)象，這種情況可能造成的后果有：

a) 出現(xiàn)壓力超過火炮強(qiáng)度，發(fā)生膛炸等嚴(yán)重事故，造成炮毀人亡，這是最嚴(yán)重的后果；

b) 導(dǎo)致膛壓曲線形狀發(fā)生劇變，而膛壓曲線下的積分面積決定了彈丸的炮口初速，炮口初速波動增大，影響彈丸初速或然誤差、地面密集度等性能，降低射擊精確性；

c) 高膛壓加大了單發(fā)射擊火炮身管的磨損量，縮短火炮壽命[1]；

d) 異常高膛壓還會伴隨溫度異常升高，使藥筒金屬發(fā)生過度燒蝕，經(jīng)過高壓氣體的沖刷而發(fā)生藥筒材料脫落，滯留膛內(nèi)，形成異物留膛，對后續(xù)射擊造成不利影響。

e) 異常高溫同樣會加劇火炮身管的燒蝕，造成身管材料脫碳、脆化等缺陷，縮短火炮壽命。

由于異常高膛壓可能帶來上述多種不良影響，對X 彈2 號裝藥進(jìn)行改進(jìn)已成為必須解決的問題。又因2 號裝藥與3 號～6 號裝藥同屬減變裝藥，具有相同的裝藥結(jié)構(gòu)，使用時(shí)通過增減藥量來改變裝藥號，因此對2 號裝藥的改進(jìn)設(shè)計(jì)演變?yōu)閷θ繙p變裝藥5 個(gè)裝藥號的改進(jìn)設(shè)計(jì)。

2 改進(jìn)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題

在對X 彈減變裝藥改進(jìn)設(shè)計(jì)過程中，出現(xiàn)的主要問題是各裝藥號難以同時(shí)達(dá)到理想的狀態(tài)。通過結(jié)構(gòu)調(diào)整，使小藥量的裝藥號趨向理想狀態(tài)時(shí)，大藥量的裝藥號狀態(tài)就會變差；反之亦然。分析原因?yàn)闇p變裝藥包含的裝藥號數(shù)目較多，共5 個(gè)裝藥號，每種裝藥號有常溫、高溫、低溫三種試驗(yàn)條件，有膛壓、膛壓曲線、膛壓壓力差、初速、初速或然誤差等多種考察指標(biāo)[2]，需要同時(shí)滿足的結(jié)果有七十余種。想要找到一種結(jié)構(gòu)來同時(shí)滿足這么多項(xiàng)要求，非常困難。通過反復(fù)摸索及調(diào)整，最終確定了一種適中方案，本文對此方案不進(jìn)行介紹，以下將提出另一種個(gè)人見解。

3 新的設(shè)計(jì)思路

縱觀X 彈的發(fā)射裝藥，其全變裝藥與減變裝藥分別采用不同的結(jié)構(gòu)方案。全變裝藥的裝藥量最大，未出現(xiàn)膛壓異?，F(xiàn)象，說明全變裝藥的結(jié)構(gòu)方案適應(yīng)大藥量的裝藥環(huán)境。減變裝藥的裝藥量從2 號到6 號逐級降低，除2 號裝藥外，3 號到6 號裝藥未出現(xiàn)膛壓異?，F(xiàn)象，其原因?yàn)? 號裝藥的藥量最靠近全變裝藥，內(nèi)彈道性能更接近全變裝藥而非減變裝藥，本應(yīng)采用適應(yīng)大藥量裝藥環(huán)境的全變裝藥結(jié)構(gòu)方案，卻采用了并不適應(yīng)大藥量裝藥環(huán)境的減變裝藥結(jié)構(gòu)方案，這是不考慮2 號裝藥客觀性能，強(qiáng)行將其歸入減變裝藥的思維定勢造成的。因此，從根本上解決問題的方案為將2 號裝藥從減變裝藥中剔除，歸入全變裝藥，并采用全變裝藥結(jié)構(gòu)。

減變裝藥改進(jìn)設(shè)計(jì)遇到的減變裝藥包含的裝藥號太多的困難迎刃而解，調(diào)整后的全變和減變裝藥包含的裝藥號數(shù)目更均衡。原全變裝藥包含2 個(gè)裝藥號，而減變裝藥包含5 個(gè)裝藥號，兩者的數(shù)量分配很不均衡。調(diào)整之后，將2 號裝藥劃歸到全變裝藥中，使全變裝藥含3 個(gè)裝藥號，減變裝藥含4 個(gè)裝藥號，則兩者裝藥號數(shù)目大體相當(dāng)。

這樣不需費(fèi)力設(shè)計(jì)全新的裝藥結(jié)構(gòu)，只是利用了原來的裝藥結(jié)構(gòu)，稍作調(diào)整就解決了原2 號裝藥存在的問題，設(shè)計(jì)難度大幅降低。調(diào)整后2 號裝藥改用全變裝藥的結(jié)構(gòu)，只需在1 號裝藥的基礎(chǔ)上減少一定的藥量即變成2 號裝藥，其設(shè)計(jì)過程簡化為，通過1 號裝藥與2 號裝藥初速的差值，計(jì)算出兩者藥量的差值即可。而減變裝藥減少了一個(gè)裝藥號，剩余的4 個(gè)裝藥號仍可采用原結(jié)構(gòu)，若有余力對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，可使減變裝藥性能更趨完善。

4 重新劃分裝藥類型產(chǎn)生的作用及影響

4.1 優(yōu)化外彈道性能

2 號裝藥由減變裝藥劃歸到全變裝藥，由于內(nèi)彈道性能更趨于優(yōu)良（2 號裝藥膛壓與初速更穩(wěn)定，初速或然誤差減?。?，外彈道性能也隨之得到提升[3]。

4.2 提高安全性

X 彈的裝藥中只有2 號裝藥出現(xiàn)過異常高膛壓，其余6 個(gè)裝藥號均未出現(xiàn)過類似問題。其具體原因是X 彈的全變裝藥采用單一品種的多孔藥，而減變裝藥由于要照顧6 號裝藥的退殼性（6 號裝藥由于藥量少，膛壓低，要求膛壓不能低于一定的值，否則會影響退殼），采用單孔藥與多孔藥混合的裝藥模式。全變裝藥雖然藥量最高，但多孔藥燃燒遵循減面燃燒規(guī)律，氣體生成速率逐漸降低，再加上彈丸運(yùn)動引起膛內(nèi)燃燒空間增大的影響，膛壓是緩慢升高的，最高膛壓值處于安全范圍內(nèi)。6 號裝藥及其鄰近的幾個(gè)裝藥號，一方面由于單孔藥的增面燃燒效應(yīng)，氣體生成速率逐漸加快，膛壓快速上升；另一方面壓力快速上升又引起多孔藥燃燒速率的增加[4]，進(jìn)一步加劇了膛壓的升高。這樣就保證了小藥量裝藥號（6 號裝藥等）退殼性能所要求的最低膛壓。但由于6 號到3 號裝藥的藥量少（即高燃速與小藥量匹配），最大膛壓值仍處于安全范圍內(nèi)。只有2 號裝藥，其藥量已逐漸增加到臨近全變裝藥的范圍（即高燃速與大藥量匹配），為異常高膛壓的產(chǎn)生埋下了伏筆。若遇到長途運(yùn)輸顛簸、震動等情況使某些裝藥條件發(fā)生改變（如傳火通道堵塞等），就會出現(xiàn)異常高膛壓。

若將2 號裝藥劃歸到全變裝藥，采用全變裝藥結(jié)構(gòu)（采用單一的多孔藥、具有傳火管等有利條件），則避免了高燃速與大藥量匹配的情況，從而在根本上提高了裝藥的安全性。

4.3 提高裝藥的穩(wěn)定性

6 號裝藥通過增加藥量，逐漸變換為5 號、4 號、3 號裝藥，其變化過程屬于同一個(gè)量變過程中。由3號裝藥變?yōu)? 號裝藥時(shí)，出現(xiàn)了質(zhì)的變化。因此2 號裝藥與3 號～6 號裝藥的本質(zhì)特性是不同的，強(qiáng)行劃歸到同一類型，且采用同一種結(jié)構(gòu)來滿足不同的性能要求，必然會導(dǎo)致性能的不穩(wěn)定。由于2 號裝藥的性能更接近于全變裝藥，將其劃歸到全變裝藥中不會造成全變裝藥性質(zhì)龐雜，卻大大提高了減變裝藥性質(zhì)的純一性，提高了減變裝藥性能的穩(wěn)定性。

4.4 全變、減變裝藥訂貨比例的變化

各裝藥號在實(shí)際中的使用概率是不同的，因此全變裝藥與減變裝藥的訂貨數(shù)量有一定的比例，將2 號裝藥由減變裝藥劃歸到全變裝藥后，會影響這一比例發(fā)生變化。對以前各裝藥號使用比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，即可得出符合實(shí)際要求的新的全變、減變裝藥訂貨比例。

4.5 改變裝藥號操作效率發(fā)生變化

全變裝藥由2 個(gè)裝藥號之間變換為3 個(gè)裝藥號之間變換，減變裝藥由5 個(gè)裝藥號之間變換為4 個(gè)裝藥號之間變換，使二者的分配更均衡。

5 結(jié)論

通過以上分析可以看出，通過改變2 號裝藥所屬類型來改進(jìn)裝藥結(jié)構(gòu)能夠促進(jìn)問題的解決。由于現(xiàn)有大多數(shù)炮彈的全變裝藥一般都包含1 ～2 個(gè)裝藥號，此方案提出后未被多數(shù)人所接受。但這種思路是立足于對發(fā)射裝藥自身特性分析基礎(chǔ)之上的，它能夠?yàn)檎麄€(gè)武器系統(tǒng)提供一種性能優(yōu)良的裝藥結(jié)構(gòu)，是一種有益的探索。