某發射裝藥結構改進設計的新思路

安立強 顏秀紅 梅樹鵬 姜春茂 王輝 柳燕 姜華

（北方華安工業集團有限公司，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 號兩個裝藥號，減變裝藥包括2 ～6 號五個裝藥號。減變裝藥中的2 號裝藥在使用過程中曾出現過膛壓異常升高到危險范圍的現象，為了保證裝藥的使用安全，現已針對X 彈的減變裝藥開展結構改進設計工作。本文根據X 彈發射裝藥的固有特性，提出一種新的設計思想，為類似的發射裝藥設計提供一種借鑒。

1 原發射裝藥出現的問題

X 彈的2 號裝藥在使用過程中出現過膛壓異常升高，達到危險范圍的現象，這種情況可能造成的后果有：

a) 出現壓力超過火炮強度，發生膛炸等嚴重事故，造成炮毀人亡，這是最嚴重的后果；

b) 導致膛壓曲線形狀發生劇變，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，使藥筒金屬發生過度燒蝕，經過高壓氣體的沖刷而發生藥筒材料脫落，滯留膛內，形成異物留膛，對后續射擊造成不利影響。

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 號裝藥進行改進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，具有相同的裝藥結構，使用時通過增減藥量來改變裝藥號，因此對2 號裝藥的改進設計演變為對全部減變裝藥5 個裝藥號的改進設計。

2 改進設計中出現的問題

在對X 彈減變裝藥改進設計過程中，出現的主要問題是各裝藥號難以同時達到理想的狀態。通過結構調整，使小藥量的裝藥號趨向理想狀態時，大藥量的裝藥號狀態就會變差；反之亦然。分析原因為減變裝藥包含的裝藥號數目較多，共5 個裝藥號，每種裝藥號有常溫、高溫、低溫三種試驗條件，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[2]，需要同時滿足的結果有七十余種。想要找到一種結構來同時滿足這么多項要求，非常困難。通過反復摸索及調整，最終確定了一種適中方案，本文對此方案不進行介紹，以下將提出另一種個人見解。

3 新的設計思路

縱觀X 彈的發射裝藥，其全變裝藥與減變裝藥分別采用不同的結構方案。全變裝藥的裝藥量最大，未出現膛壓異?，F象，說明全變裝藥的結構方案適應大藥量的裝藥環境。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 號裝藥未出現膛壓異?，F象，其原因為2 號裝藥的藥量最靠近全變裝藥，內彈道性能更接近全變裝藥而非減變裝藥，本應采用適應大藥量裝藥環境的全變裝藥結構方案，卻采用了并不適應大藥量裝藥環境的減變裝藥結構方案，這是不考慮2 號裝藥客觀性能，強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，并采用全變裝藥結構。

減變裝藥改進設計遇到的減變裝藥包含的裝藥號太多的困難迎刃而解，調整后的全變和減變裝藥包含的裝藥號數目更均衡。原全變裝藥包含2 個裝藥號，而減變裝藥包含5 個裝藥號，兩者的數量分配很不均衡。調整之后，將2 號裝藥劃歸到全變裝藥中，使全變裝藥含3 個裝藥號，減變裝藥含4 個裝藥號，則兩者裝藥號數目大體相當。

這樣不需費力設計全新的裝藥結構，只是利用了原來的裝藥結構，稍作調整就解決了原2 號裝藥存在的問題，設計難度大幅降低。調整后2 號裝藥改用全變裝藥的結構，只需在1 號裝藥的基礎上減少一定的藥量即變成2 號裝藥，其設計過程簡化為，通過1 號裝藥與2 號裝藥初速的差值，計算出兩者藥量的差值即可。而減變裝藥減少了一個裝藥號，剩余的4 個裝藥號仍可采用原結構，若有余力對原結構進行調整優化，可使減變裝藥性能更趨完善。

4 重新劃分裝藥類型產生的作用及影響

4.1 優化外彈道性能

2 號裝藥由減變裝藥劃歸到全變裝藥，由于內彈道性能更趨于優良（2 號裝藥膛壓與初速更穩定，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 號裝藥出現過異常高膛壓，其余6 個裝藥號均未出現過類似問題。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律，氣體生成速率逐漸降低，再加上彈丸運動引起膛內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。6 號裝藥及其鄰近的幾個裝藥號，一方面由于單孔藥的增面燃燒效應，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。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），為異常高膛壓的產生埋下了伏筆。若遇到長途運輸顛簸、震動等情況使某些裝藥條件發生改變（如傳火通道堵塞等），就會出現異常高膛壓。

若將2 號裝藥劃歸到全變裝藥，采用全變裝藥結構（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量變過程中。由3號裝藥變為2 號裝藥時，出現了質的變化。因此2 號裝藥與3 號～6 號裝藥的本質特性是不同的，強行劃歸到同一類型，且采用同一種結構來滿足不同的性能要求，必然會導致性能的不穩定。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龐雜，卻大大提高了減變裝藥性質的純一性，提高了減變裝藥性能的穩定性。

4.4 全變、減變裝藥訂貨比例的變化

各裝藥號在實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，會影響這一比例發生變化。對以前各裝藥號使用比例進行統計分析，即可得出符合實際要求的新的全變、減變裝藥訂貨比例。

4.5 改變裝藥號操作效率發生變化

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

5 結論

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裝藥結構能夠促進問題的解決。由于現有大多數炮彈的全變裝藥一般都包含1 ～2 個裝藥號，此方案提出后未被多數人所接受。但這種思路是立足于對發射裝藥自身特性分析基礎之上的，它能夠為整個武器系統提供一種性能優良的裝藥結構，是一種有益的探索。