基于某機內埋式高速供彈系統研究＊

王爭論，黃 亮

（南京理工大學彈道國防科技重點實驗室，南京 210094）

0 引言

供彈技術的發展是伴隨著火炮發射技術發展的要求而不斷前行。從人工手動裝彈到機械臂自動裝填，從有鏈到無鏈，裝彈速度從低速到高速，由幾分鐘一發到一分鐘幾發、幾十發，發展到現在的每分鐘上萬發。供彈模式發展的同時，其可靠性也顯著提高。現在，行業內部已經將應用于各軍兵種武器系統的高速供彈技術作為專項技術進行研究。

1 國內外研究與發展狀況

國外機載20mm火炮采用閉合彈帶式無鏈供彈系統，該系統容彈480發，可以6000發／min的速度向火炮供彈[1]。機載各口徑系列火炮供輸彈系統應用或間接使用此項技術。我國第1代25mm戰車炮，采用移動式雙路供彈機。對35mm口徑自動機進行雙路供彈技術改造，分別研制出了適應步兵戰車和自行高炮需要的雙供彈機構[2]。研制出了適合鏈式原理火炮的雙路供彈樣機，并進行了性能試驗和艦載武器系統適配性研究[3]，對于新型機載供彈系統，還需要進行適配性研究。

2 供彈系統可行的組合模式

根據結構要求，設計適合于某機高速供輸彈系統方案。其中包括：

1）可行的高速供輸彈和回收系統方案設計；

2）方案分析，包括可行的幾種方案對比分析，系統功率估計等。

滿足無鏈供彈（彈殼回收）技術的供彈系統可以有如表1所示的幾種模式。其結構組合方式如圖1～圖3所示，輸彈收殼有序方式結構如圖4所示。彈殼有序回收方式主要考慮清膛。自動機停射后，膛內溫度較高，膛內存彈是很危險的，膛內存彈對維護也極不安全。清膛將增加一個供彈收殼旁路，此旁路的工作過程與射控過程相協調。

表1 幾種可行的供彈模式

旁路工作過程：自動機停射后，處于不同位置的閉鎖機抓有炮彈或彈殼，有的彈已入膛，有的處于未閉鎖或不完全閉鎖狀態。當自動機進入停射控制時間段，清膛回路通過離合器控制和輸彈（殼）導向機構控制使進入停射控制時間段射擊的彈殼進入收殼旁路。再次射擊時，清膛回路離合器工作，控制輸彈（殼）導向機構使進入收殼旁路的彈殼轉入供輸彈回路。

圖4 輸彈有序收殼回路結構示意圖

3 方案分析

3.1 基本技術狀態對比分析

綜合對比分析幾種供彈模式，箱式、鼓式以及雙螺旋閉合彈帶式無鏈供彈性能比較如表2所示。箱式無鏈供彈采用閉合彈帶與撥彈輪組合模式，鼓式無鏈供彈采用外鼓旋轉式無鏈供彈模式。

表2 幾種供彈模式性能對比

根據以上分析、雙方技術溝通以及考慮后續發展，方案采取以箱式供彈，箱內閉合彈帶，端頭撥彈輪交接配合的無鏈供彈模式。因此，供彈系統供率估算主要以箱式供彈為主。

3.2 驅動功率估算

武器系統以新原理、新結構不斷發展，設計水平也大幅提高，其分析仍然多采用常規的力學模型，機構設計也多運用傳統的方法。相關的方法有：動力學分析方法，結構特征值分析方法，結構響應分析方法，以及與系統功率分析密切相關的傳遞函數分析法。高速供彈系統功率分析將運動方程與傳遞函數分析法相結合。

多級機械傳動的系統中，其系統運動方程可以寫為：

其中：M為 外力作用轉矩；Mfz為作用到輸出軸的負載轉矩；Ji為各級傳動環節（負載）的轉動慣量，i＝1，2，3，…；fi為各級傳動環節阻尼系數；ω 為第一級負載轉動角速度。

根據公式：Md＝Dm（θ）＋Dv（θ）2＋DF（θ）

求出Md須先確定Dm（θ）、Dv（θ）、DF（θ），可得到一個Md關于θ的微分方程，求解此方程，即可得到不同狀態下的Md值。

將上式作對應項處理，由阻力矩和功率的對應關系：Md＝Jβ，Nd＝Jβω和摩擦力與重力項引起的功率，求取供彈系統總功率估算值。啟動過程按勻加速過程處理，即ω＝βt（或β＝ω／t）。平動速度按V＝ωR計算。

3.3 供彈模式功率估算

通過計算，得到不同情況下各種供彈模式的功率，其值如表3所示。采用勻加速啟動，時間設定1s，彈藥基數210發。

表3 各種供彈模式功率表 kW

圖像化功率如圖5和圖6所示，曲線XS、GS、SLX分別表示箱式、鼓式、雙螺旋閉合彈帶式無鏈供彈功率。計算結果表明，箱式供彈組合對系統最大功率的要求并不比其他供彈模式的功率要求顯著提高。

圖7 3000發／min供彈功率與時間關系圖

圖7和圖8為箱式無鏈供彈在3000和7000發／min射速條件下，啟動時間為0.3s和1s時的供彈功率估算結果。同一坐標系下功率軸抬高者，是啟動時間為0.3s的功率估算值。圖中字母pa、pb、pc、p分別代表摩擦力項、慣性力項、重力項對功率的貢獻和總功率。

圖8 7000發／min供彈功率與時間關系圖

4 結論

通過對多種組合模式的供彈系統仿真分析，以及對傳動結構的深入研究，認為箱式無鏈供彈和多層閉合彈帶式高速無鏈供彈組合具有以下幾方面的優點：

1）對空間形態要求較低，可以根據給定的空間結構狀況，設計成相應的供彈分布狀態，由于閉合彈帶的可折疊性，使其沿結構空間排列方便可靠；

2）在相同許可空間條件下，可取得較高的彈量容積率，相同備彈量情況下，可同時滿足較小的系統功率要求；

3）由本組合的特點，使得箱式結構有利于保障空間定位、傳動組合和供輸彈的順利交接；

4）較低的空間形態要求，使得箱式供彈模式適用多種平臺的高射速武器系統。

[1]CPHERSON J.Advanced gun system and long rangeland and long rangeland attack projectile[Z].2005－09－07.

[2]梁世瑞.雙路供彈技術研究[J].火炮發射與控制學報，1997（2）：42－48.

[3]張世英.小口徑速射艦炮的供彈系統[J].現代艦船，1995（6）：20－22.

[4]于道文.自動武器學[M].北京：國防工業出版社，1992.

[5]羅阿妮，劉賀平，胡勝海，等.艦炮供彈系統設計研究[J].哈爾濱工程大學學報，2006，27（5）：757－761.