新型多路高低壓微拋射系統＊

楊 衛，張 皎，王 聰，李 飛

（中北大學，太原 030051）

0 引言

針對新一代微型戰場偵察與作戰裝備的發展需求，研究地面微型攻擊系統需要對從常規發射技術到小口徑發射技術，再至微小型彈丸發射技術的規律性進行研究。

到目前為止，關于單路的高低壓拋射器已經屢見不鮮。當需要同時發射多發炮彈時，就必須使用與炮彈數目相同的拋射器，通過同一個點火信號同時控制炮彈發射。但是，各炮管與炮彈之間的間隙存在裝配誤差，單路高低壓微拋射器高低壓室之間的傳火通道的大小、長度也存在誤差。高壓室的容積、拋射藥的質量存在誤差，點火具接到點火信號、點燃時間不同步，傳統的單路高低壓微拋射器無法克服以上誤差，容易出現炮口速度散布偏大，影響射擊精度，穩定性要求提高，這些原因使得高低壓拋射器設計難度加大。

文中用新型多路高低壓微拋射系統，采用儲、運、發一體化設計，并由多路高低壓拋射器組成，使用多路高低壓轉換技術，在一個高壓室產生高壓氣體，通過多個傳火通道，氣體進入低壓室，推動戰斗部發射。根據高低壓的比例參數，計算高低壓室的體積以及裝藥量。通過合理的氣路設計，使戰斗部受力均勻。

1 系統結構設計

1.1 總體結構設計

新型多路高低壓微拋射系統由定向器、基座、多路高低壓微拋射器、A戰斗部、B戰斗部等組成，下面以四路高低壓微拋射器為例進行進一步的說明，總體結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

系統由四套相同的發射器組成，四組分工負責360°中各自相對的 90°區域，如圖2所示。多模戰斗部與定向器采用分體固連方式，安全發火裝置及保險裝置采用兩套冗余設計。通過內彈道計算確定膛壓后，選定戰斗部彈帶過盈量；采用彈丸藥筒合裝的方式，藥筒底火組件與定向器設計成螺紋連接，以此解決彈丸在定向管內定位的問題。

圖2 系統總體示意圖

1.2 多路高低壓微拋射器

高低壓發射原理非常適合于那種小裝藥量、膛壓和初速均比較低的發射武器，如步兵使用的榴彈發射器，在該項目中要求發射過程中產生的過載不易過大、射程范圍比較小、裝藥量小，因此，采用高低壓發射方式［1］。多路高低壓微拋射器由一路變成了四路，并且采用機電一體化設計。這樣，不僅使整體的重量大大降低，并且降低了對發射管質量、強度的要求，使多路炮管發射的同步一致性得到了保證。由于新型多路高低壓微拋射器采用同一個高低壓室，同一個點火具，消除了由于高壓室的容積、拋射藥的質量、點火具接到電信號的時間的先后、點燃時間的先后（影響最大）、發射電路不匹配造成的誤差，使射擊更加穩定，從而提高射擊的精度。

多路高低壓微拋射器主要由十部分組成（見圖3）。之所以設計成環形，是因為可以同時與4個電連接器連接。這樣只要一個發火電路就可以了，從而降低了制造成本。

圖3 多路高低壓微拋射器結構示意圖

多路高低壓微拋射器使用多路高低壓轉換技術。在一個高壓室產生高壓氣體，通過4個傳火通道，氣體進入低壓室，根據高低壓的比例參數，計算高低壓室的體積以及裝藥量。設計高低壓室的形狀時，要做到使4個戰斗部受力均勻。

2 理論分析

2.1 戰斗部拋射飛行分析

設拋射彈丸出炮口速度為v；水平傾角為θ；彈丸上升段時間為t1；彈丸下降段時間為t2；彈丸射程為S；高程為H。這里g為重力加速度。

設彈丸的質量為m1，根據質點的動能定理有：

設發射火藥的火藥力為f，發射火藥的質量為m2，則有火藥藥力W：

發射火藥點火燃燒對彈丸作有用功，設能量利用系數為a，根據能量守恒定律：

這里取火藥力f＝294.3J／g，設火藥質量為m2，假設火藥藥力的20%被用于作功，即能量利用系數a＝0.2，由式（5）和式（6）有：

根據相關背景技術指標，微拋射器可定向發射戰斗部射程為50 m，在不考慮其它因素的條件下，可以求出彈丸最低出炮口理論速度v，再由式（2）和式（3）可以得出在此條件下發射的最大高度為H＝13.2 m，已經滿足設計要求。

2.2 炮口速度計算

現在設戰斗部的質量為m，A為彈底截面積，S1為戰斗部在定向管內的實際滑行長度，KT為經驗系數（一般取1.02～1.2），p為低壓室的平均壓力，則炮口速度的計算公式為［3］：

高低壓發射戰斗部不僅要提高炮口的速度，還要實現穩速，使炮口的速度散布誤差小于5%。為此，采取措施穩定低壓室的壓力，保證炮口速度的穩定性。

2.3 系統穩定性分析

系統在無駐地措施的情況下，系統不會發生翻滾、滑移。從理論上講，要實現這一目的，必須使氣體從噴管中流出所產生的推力和彈丸及火藥氣體所產生的后坐力相互抵消，或兩者所產生的動量保持平衡。高低壓發射時，高低壓拋射器所受后坐力為AP，戰斗部在管內與推彈環、發射管壁產生一個摩擦力F，反后坐力為F1，則系統所受不平衡力為：

當FZ＝0時，表示系統處于完全平衡狀態，此時系統的穩定性最好，但實際發射時，由于各種因素的變化影響，FZ不會都等于零。在該系統中通過對稱分布，合理的公差配合計算，合理的氣路設計，使得氣路分布達到平衡，使得發射時產生的后坐力在徑向上保持平衡。從而在無駐地措施的情況下，系統保證穩定發射。

3 實驗和結果分析

為驗證該系統設計方法的正確性、可行性和穩定性，達到項目所需的有效殺傷半徑10 m，同步發射4個A戰斗部，使得A戰斗部初速為70 m／s，微發射器發射后系統移動范圍不超過10c m，旋轉不超過5°的要求，就必須對該系統進行微戰斗單元殺傷半徑實驗、測速實驗、發射過程移動測試實驗等相關實驗。

3.1 微戰斗單元殺傷半徑實驗

按GJB3197－1998炮彈試驗方法403扇形靶中計算，子彈的擊穿破片密集殺傷半徑為5.22 m，有效破片密集殺傷半徑大于8 m，滿足技術指標要求。

3.2 微拋射系統測速實驗

把上述的系統通過驗證裝置裝彈后進行發射試驗，經過3次重復性的試驗，得到微拋射系統的發射初速，如表1所示。

表1 微拋射器發射初速試驗數值

在測試得到的數據的基礎上，對數據進行處理，計算炮口初速的中間偏差和散布。

表2 微拋射器發射初速試驗數據分析

經過三次試驗，測得A戰斗部的炮口的速度散布誤差小于5%，達到了穩速的效果，為達到有效射程奠定了好的基礎。

3.3 微拋射系統移動量測試

在無駐地措施下，微拋射器在發射彈丸的過程中，系統在徑向幾乎沒有位移，從而保證發射的穩定性和可靠性。試驗過程如圖4和圖5所示。

圖4 戰斗部發射前

圖5 戰斗部發射后

由圖4和圖5可以看出，系統在發射完戰斗部后未出現翻滾、較大滑移的現象，由此從試驗的角度驗證了系統的可靠性和穩定性，這對以后的應用和推廣有非常重要的意義。

4 結論

新型多路高低壓微拋射系統在理論和實驗中都得到了驗證，此設計方法可以推廣到更多路的高低壓拋射器的設計中，并且都能達到比較好的效果。對多路高低壓微拋射系統又有了更進一步的認識，為以后的深入研究和應用具有重要的意義。

［1］ 金志明.槍炮內彈道學［M］.北京：北京理工大學出版社，2005.

［2］ 徐誠，王亞平.火炮與自動武器動力學［M］.北京：北京理工大學出版社，2006.

［3］ 賀北斗.火箭發射裝置設計［M］.北京：國防工業出版社，1988.