97式18.4mm動能痛塊彈外彈道性能分析

董旭丹 翟曉軍

（武警工程大學裝備運輸系 陜西 西安 710086）

近年來，在處置拉薩“3·14”事件、新疆“7·5”事件中，公安特警及部分武警官兵都使用了97式18.4mm防暴槍。實戰(zhàn)中防暴槍配用97式18.4mm動能痛塊彈射擊時，經(jīng)常出現(xiàn)近距離過度傷害；遠距離散布大，威力過小的窘境，即“近距離不敢用”，“遠距離打不上，打上沒作用”的問題比較突出，這就大大限制了防暴槍彈的使用。因此需要對97式18.4mm動能痛塊彈進行外彈道性能分析，找出彈道性能差的原因，以便于優(yōu)化或重新設計彈形，提高初速的同時，也提高彈丸的飛行穩(wěn)定性以及存速能力，使其滿足防暴槍對非致命彈丸的外彈道性能要求。

彈丸的外彈道特性主要包括飛行穩(wěn)定性、存速能力以及射彈散布等，下面分別進行分析。

尾翼彈在空氣中的飛行穩(wěn)定條件主要包括具有靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性。靜態(tài)穩(wěn)定性由靜態(tài)穩(wěn)定儲備量來衡量，由于飛行姿態(tài)的影響，彈丸飛行時壓力中心在不斷變化，因此一定的靜穩(wěn)定貯備量是對彈丸穩(wěn)定飛行的起碼要求，其保證彈丸不發(fā)生翻倒。目前國內(nèi)外普遍采用的尾翼彈靜穩(wěn)定貯備量最佳數(shù)值約為10%～30%。97式18.4mm動能痛塊彈屬于不旋轉(zhuǎn)的尾翼穩(wěn)定彈丸，存在一個最佳穩(wěn)定貯備量，使彈丸在全彈道上攻角較小。實際實驗觀察得出痛塊彈丸具有靜態(tài)穩(wěn)定性，但靜穩(wěn)定貯備量較大，彈丸出槍口時會隨機性地產(chǎn)生比較大的起始擾動，因此靜穩(wěn)定貯備量的數(shù)值需要進一步調(diào)整，以保證痛塊彈丸具有更好的飛行穩(wěn)定性。動態(tài)穩(wěn)定性的要求就是彈丸在飛行過程中，章動角的幅值要不斷減小。由外彈道學研究得出：by＋Kzz-bx-(gsinθ)/v2＞0時， 飛行比較穩(wěn)定。痛塊彈丸彈道切線傾角θ≈0°，將97式18.4mm動能痛塊彈受力參數(shù)即by、Kzz、bx代入解算，可以得到b微大于0，則彈丸在飛行中具有動態(tài)穩(wěn)定性，但由于阻尼運動的振幅衰減較慢，彈丸飛行穩(wěn)定性依然較差。[1]

由外彈道實驗得出，97式18.4mm動能痛塊彈在射擊距離80m時，彈丸的著靶速度由槍口的140m/s，衰減為不足40m/s，達不到防暴槍械設定的有效非致命打擊要求，彈丸的存速能力較差。因痛塊彈丸為亞音速飛行，所以其受到的空氣阻力主要是摩擦阻力與渦流阻力。摩擦阻力約占總阻力的35%～40%，因材料、制作工藝的局限，97式18.4mm動能痛塊彈的橡膠彈丸制作成型后表面處理較為簡單，表面光潔度較差。同時由于其彈丸特殊的外形結構，使彈丸表面積大大超過常規(guī)外形的彈丸，這都導致彈丸飛行時的摩擦阻力較大。彈丸的最大橫截面有兩處，分別位于彈頭部及彈尾部，最大橫截面后的斷面變化都很急劇，痛塊彈在空氣中飛行時，彈丸中間收縮部及尾部的附面層與彈體分離，形成渦流而使壓力降低，這樣所造成的阻力就是渦流阻力，渦流阻力約占總阻力的60%～65%，影響渦流阻力的主要因素是彈尾部形狀、彈丸與氣流之間相對運動速度的大小、方向以及彈丸底部是否排氣等。結合目前的實際條件，痛塊彈丸如果做成流線型的底部結構，就可以較大程度地減小渦流阻力[1][2]。

痛塊彈在30m距離時的立靶密集度為30cm×40cm，射擊更遠目標顯然不能達到要求的射彈精度，這就造成了“遠距離打不上”的問題；同時，即便能夠擊中目標，痛塊彈丸也有可能擊中目標的危險易損傷部位，非致命打擊的安全性和有效性大打折扣。直接或間接地影響痛塊彈丸射彈散布的因素主要有以下幾個方面[2]：

（1）彈丸自身的因素。由于制造工藝等原因，不能保證每發(fā)痛塊彈丸的質(zhì)量大小完全一致。同時由人為控制的痛塊彈裝藥量、藥溫、藥形、藥室容積及燃燒條件等，也不可能完全相同，這就造成每發(fā)痛塊彈丸的槍口初速可能也會有所差別。在加工過程中，痛塊彈丸外形的對稱性、質(zhì)量分布的均勻程度都會有所差別。

（2）起始擾動。起始擾動是導致痛塊彈射彈散布過大的重要原因。它是指彈丸在出槍口過程中，由于一系列擾動因素的影響，在出槍口瞬間，痛塊彈丸的彈軸與運動方向形成一個初始章動角δ0的偏差。δ0的存在直接影響到彈丸的飛行穩(wěn)定性，從而對射彈散布產(chǎn)生較大的影響。隨機性的起始擾動的產(chǎn)生，使痛塊彈丸在出槍口后30m距離以內(nèi)飛行時，速度及姿態(tài)都差別較大，彈丸在各種受力及力矩的作用下逐漸調(diào)整，趨于飛行穩(wěn)定。這就造成射擊距離30m時，實驗測定痛塊彈丸的速度值出現(xiàn)一定范圍內(nèi)的隨機性波動，影響在該距離段上動能非致命打擊的精準度。

（3）氣象條件的差別。射擊時如果出現(xiàn)陣發(fā)性的風速、風向等變化，對痛塊彈丸的射彈散布也會有一定的影響。

由上述外彈道分析得出，進行彈形改進時，重點解決痛塊彈丸存速能力差及射彈散布過大的問題時可從以下方面入手[3]：

（1）改變裝藥量，改變圓弧形頭部的長度，尾部做成船尾形或者底凹形，增大穩(wěn)定力矩系數(shù)及阻尼力矩系數(shù)，使痛塊彈丸具有合理的氣動外形，提高彈丸存速能力的同時使彈丸具有較強的抗干擾能力，加快章動角的衰減。

（2）適當改變尾翼形狀，采用斜置尾翼或尾翼斜切角，使彈丸低速旋轉(zhuǎn)起來，減小彈丸外形與質(zhì)量分布的不均勻性帶來的射彈散布；同時要避免共振及馬格努斯效應帶來的不良影響，選擇合理的轉(zhuǎn)速。

［1］浦發(fā),芮筱亭.外彈道學[M].北京:國防工業(yè)出版社，1989:231-232,21-27.

［2］金達根,任國民，蘇根良.實驗外彈道學[M].北京:兵器工業(yè)出版社,1991:12-15,117-124.

［3］劉怡昕,劉玉文.外彈道學[M].北京:海潮出版社,1998.