某海炮復合增程炮彈底排藥工作異常原因解析

付朝新，韓長青，喬 華，楊 雨，王振旭

(國營第三七五廠，遼寧遼陽 111001)

某海炮復合增程炮彈是我海軍未來航母戰斗群大型驅逐艦列裝的重要信息化彈藥，其區別于傳統彈藥，具有射程遠、威力大、智能化、高可靠性的特點，為了實現上述性能，需要承受高初速、高膛壓、高過載、高旋轉、高潮濕、高鹽霧等極端條件。作為復合增程彈增程核心部件底排藥工作可靠性是設計者和使用方高度關注的，研制過程中出現過彈丸發射出炮口底排異常工作現象，通過對底排火箭裝置故障排查、對比、改進設計、大樣本量驗證，底排藥工作異常得到根本解決，確保了復合增程炮彈可靠性，為其他同類彈藥研制提供了經驗借鑒。

1 底排藥異常工作現象與分析

1.1 底排藥異常工作現象描述

某海炮復合增程彈方案優化試驗過程中出現組平均射程偏近，個別發離群較遠，使縱向密集度達不到1/150 戰技指標要求。通過一定樣本量試驗發現共同特別:偏近的復合增程彈發射后在炮口段出現底排藥異常工作現象，主要表現個別發出炮口后炮口煙大、底排工作火光不明顯、炮口前彈道線200 m 左右發現有崩落底排藥碎藥或者空中有火星濺落，體現在落點上較正常彈丸近1 ～2 km 以上。

圖1 底排藥碎藥

1.2 故障排查分析

1.2.1 底排藥

采用制式丁羥燃-02 配方，通用藥型結構，在同類復合增程彈和底排彈上經過千發以上發射試驗考核，試制的樣品工藝技術成熟，產品經過出廠嚴格的檢驗與測試，性能符合圖紙和驗收技術規范要求。按工藝技術要求，重新試制若干個批進行測試比對沒差異，裝配復合增程彈進行常溫試驗結果相近，每組都有1 ～2 發異常工作。

1.2.2 發射裝藥系統

采用AGu-15 21/19H + AGu15 19/19HB11 混合裝藥，此種裝藥經過某產品近千發考核，低溫感效果顯著，內彈道性能穩定，符合圖紙和驗收技術規范要求。

1.2.3 底排裝置可靠性

為驗證底排藥工作異常與底排裝置的相關性，進行底排可靠性射擊試驗，采取底排工作，推進劑不工作，采用真底排藥，假推進劑，噴管為實芯假噴管見圖2 所示。底排可靠性試驗結果見表1 所示。

圖2 真底排假火箭裝置結構

表1 底排可靠性試驗結果

復合增程彈底排可靠性試驗結果:底排藥全部正常工作，炮口底排火光一致性較好，沒有工作異常現象，最大射程平均為34 609 m，縱向密集度達到1/419，達到了制式平底彈密集度水平，說明復合增程彈底排裝置與底排藥匹配較好，彈丸發射出炮口，經過壓力突變后，底排藥沒有受到損傷，在底排引火藥的作用下迅速恢復正常燃燒工作，向彈底填質加能，降低彈底阻力實現增程。

1.2.4 底排火箭結構匹配

為考核驗證火箭發動機對底排藥工作的干擾程度，進行底排火箭結構匹配試驗，采用真底排、真推進劑，噴管為實際發動機噴管見圖3 所示，常溫發射試驗結果見表2 所示。

圖3 原底排火箭裝置結構

表2 底排火箭結構匹配試驗結果

復合增程彈底排火箭匹配試驗結果:此組7 發射擊試驗，第二發、第五發，炮口黑煙較重，底排藥工作火光較暗淡，并且在炮口200 m 左右處，分別拾到了崩落的棕紅色底排藥碎藥。說明第二發、第五發復合增程彈，炮口泄爆過程中火箭部件可能對底排裝置造成了干擾，裝置內部出現異常現象［1］，近100 MPa 以上的高溫高壓火藥氣體不能同步瞬間排出，底排裝置內部出現壓力振蕩，打破了作用于底排藥表面的受力平衡，對底排藥局部產生劇烈的沖擊、撕扯或剪切等破壞效應，這種破壞力遠超過復合增程彈體施加給底排藥表面的慣性力和底排藥產生的形變應力［2］，導致底排藥局部破損，在底排藥恢復燃燒后燃氣將崩落的底排碎藥吹出底排裝置［3-5］，隨飛行彈道方向散落。

1.2.5 排查結果

對比圖2 和圖3 可以看出顯著差異，2 個底排裝置中噴管除了內部不同:一個為實心假噴管，一個為真正噴管外;另一個顯著的差別是實心假噴管在底排裝置內底部平滑過渡，而真噴管與底排裝置形成一個過渡圓臺。底排裝置可靠性試驗與底排火箭匹配試驗采用同一批底排藥，一個全部正常，一個出現異常，并且由于出炮口15s 后火箭推進劑才開始工作，推進劑不會影響底排藥炮口工作狀態，因此排除底排藥和推進劑是造成彈丸出炮口底排藥異常工作的主要原因，說明導致底排藥異常工作的根源可能是火箭噴管根部圓臺。

2 改進與驗證

2.1 改進

針對火箭噴管與底排裝置匹配問題可能是導致復合增程彈出炮口后底排異常工作的主要原因［6-9］，參照底排可靠性試驗實心噴管外型結構，對原火箭發動機噴管進行優化改進，取消根部圓臺，實現平滑過度，消除導致發射后火藥氣體在底排裝置內部發生二次振蕩沖擊底排藥根源。改進后的底排火箭裝置結構如圖4 所示。

圖4 改進后底排火箭裝置結構示意圖

2.2 驗證

按改進后的火箭噴管結構尺寸進行加工裝配復合增程彈，并結合系統試驗進行驗證考核，先后進行常溫3 組、高低溫各1 組最大射程地面密集度射擊試驗，共試驗5 組35 發，試驗結果如表3 所示。

5 組射擊試驗結果，底排藥全部正常工作，最大射程與地面密集度達到戰技技術指標要求，沒有出現彈丸出炮口后底排異常工作現象，證明原來火箭發動機部件與底排裝置不匹配是導致復合增程彈底排藥異常工作的根源。此后在樣機研制過程中改進后的底排火箭結構又經過130 余發大樣本量系統試驗考核，底排藥全部正常工作，無異常，最大射程與地面密集度滿足指標要求。

表3 最大射程及地面密集度試驗結果

3 結束語

1)通過排查、對比，改進后大樣本量考核，證明某海炮復合增程彈原火箭噴管根部采用圓型臺結構是造成底排藥發射后出炮口破碎和異常工作的根源。

2)火箭發動機與底排裝置是否最佳匹配是復合增程彈減阻增程和火箭助推增程可靠性的關鍵之一。

3)底排藥與底排裝置匹配滿足某海炮復合增程彈設計要求。

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