坦克炮彈藥無殼化技術應用

王東基，郭江華

(中國北方車輛研究所 兵器地面無人平臺研發中心, 北京 100072)

【彈藥工程】

坦克炮彈藥無殼化技術應用

王東基，郭江華

(中國北方車輛研究所 兵器地面無人平臺研發中心, 北京 100072)

針對坦克傳統藥筒結構及使用過程中存在的諸多問題，從坦克武器系統總體角度，敘述了實現坦克彈藥無殼化的技術途徑，結合國外坦克火炮彈藥及其應用技術的現狀及發展，闡述了彈藥無殼化技術應用所需采取的具體技術措施，并就該技術應用的成效進行了分析和討論。

彈藥；拋殼可靠性；傳統藥筒；可燃藥筒；無殼化；供輸彈系統

以固體發射藥為能源的傳統火炮發射，彈藥一般由彈丸和藥筒兩部分組成，根據彈丸與藥筒是否結合，彈藥分為定裝式和分裝式兩大類(圖1、圖2)。

藥筒(俗稱“彈殼”)是定裝式和分裝式彈藥的重要組成部分，除少數大口徑火炮(主要是北約制式彈藥)采用藥包分裝式以及迫擊炮發射的彈藥外，包括坦克炮在內的其他火炮的彈藥都采用藥筒裝藥。

自坦克誕生以來，坦克炮藥筒作為高消耗品，在戰時成本、供應、使用等多方面因素作用下，從昂貴的銅到廉價的鋼，從非可燃的金屬到可燃的非金屬，不斷演變。在可燃藥筒中又發展了半可燃和全可燃兩種藥筒。目前全可燃藥筒尚存在一些技術問題，現在普遍裝備、使用的是半可燃藥筒，這種藥筒主體部分為非金屬，可在發射時燃盡，僅保留一段金屬底座(俗稱“彈底殼”)，以用于安裝底火、軸向定位、抽拋殼和炮尾閉氣。

目前所使用的金屬和半可燃藥筒存在諸多問題，尤其是射擊后的抽拋殼可靠性差，不僅影響供輸彈系統(自動裝彈機)正常使用，更為嚴重的是可能對乘員造成傷害，增大戰時心理壓力，并對坦克配備自動供輸彈系統產生疑慮，成為制約供輸彈技術發展及應用的主要因素。

圖1 定裝式彈藥

圖2 分裝式彈藥

對于遵循傳統技術路線，在保持彈藥總體結構不變前提下發展起來的全可燃藥筒，盡管可以解決抽拋殼等問題，仍無法克服與其它種類藥筒共有的問題，在發展中又不可避免地產生一些新問題，這些都成為了彈藥技術發展和坦克總體性能提高的障礙(以下為便于敘述，將目前金屬的和半、全可燃藥筒統稱為“傳統藥筒”)。

本文立足于彈藥在坦克中的使用，從系統優化角度出發，探討解決傳統藥筒使用中存在問題的理想技術途徑，即通過調整彈藥總體方案，同時相應改變火炮、供輸彈系統中與彈藥相關部分的結構，徹底實現彈藥無殼化。

1 傳統藥筒及其存在的問題

1.1 傳統藥筒的結構

傳統藥筒的主要構造，一般分為口部、斜肩、筒體和底部等部分(如圖3所示)。

圖3 傳統藥筒構造

1) 口部：密封發射藥，防止其受潮；發射時緊貼膛壁，密閉火藥氣體；定裝式彈藥用于固定彈頭，保持一定的拔彈力。

2) 斜肩：從口部過渡到筒體所必需的部分，部分定裝式彈藥可用于彈藥的軸向定位。

3) 筒體：用于盛裝發射藥，它的大小決定了藥室容積。為便于抽殼，有時將筒體外表面有一定的錐度。筒體為藥筒的主體部分，目前的半可燃藥筒，筒體可在火炮發射過程燃燒掉。

4) 底部：一般由底火室和底緣等組成，主要用于安裝底火、軸向定位、抽拋殼及發射時密閉火藥氣體。此部分是區分半可燃和全可燃藥筒的標志，其為不可燃的金屬，發射后殘留，即為半可燃；如其發射后全部燃盡，即為全可燃。

1.2 傳統藥筒的用途

1) 盛裝發射藥及輔助元件；

2) 平時保護發射藥使之不受潮、不受機械損傷；

3) 發射時密閉火藥氣體；

4) 定裝式炮彈中，連接彈丸，便于裝填和勤務處理；

5) 連接底火；

6) 裝填入膛時靠斜肩或底緣定位。

1.3 傳統藥筒使用過程中存在的問題

盡管傳統藥筒的用途很多，但對坦克總體而言，卻是整個彈藥中較為消極的因素，對坦克總體性能具有諸多不良影響，主要表現在：

1) 需要處理空藥筒或彈底殼(抽拋殼可靠性問題)

2) 由于金屬藥筒(或彈底殼)的存在，炮閂內必須設置抽拋殼機。而當藥筒在從炮膛內退出后，必須不能妨礙下一次彈藥裝填及發射，同時射擊后的空藥筒內仍存留大量硝煙、有害氣體，將妨礙乘員操作、損害乘員健康，必須及時得到處理，為此現有各型坦克都設置有專門的拋殼機構或藥筒、彈底殼處理裝置。

3) 圖4所示為俄T-72主戰坦克供輸彈系統，拋殼機構如圖5所示，其功能就是收集火炮射擊后抽出的彈底殼，并與開窗機構(圖6)協調將其拋出炮塔外。拋殼機構主要由框架、彈底殼收集器、拋殼電磁鐵、扭桿拉臂及扭桿、減速器、四連桿機構及彈底殼擋鐵等組成。開窗機構是一個兩級四連桿機構，安裝在戰斗室左后方炮塔頂上，其功能是當拋殼機構拋殼時，將安裝在炮塔后上方的窗蓋打開，拋殼后關閉。它主要由四連桿機構和電機減速器等組成。

圖4 俄T-72主戰坦克供輸彈系統

由圖5、圖6可知，俄T-72為了處理彈底殼，在供輸彈系統中設置了兩套復雜機構、兩套動力減速裝置及一套電磁鐵，至少需要七個動作環節，同時還有若干相應的傳感元件，這些機構又要與其它機構在控制系統的作用下相互協調動作，才能完成拋殼，一旦某個環節出現問題，就將導致無法成功抽拋殼。然而，在實際使用過程中，由于機構運動偏差、工藝制造誤差等諸多因素，往往出現抽拋殼故障。

為解決拋殼可靠性問題，目前通常的做法是在具體的機構細節及工藝方面進行一些技術改進，或者盡量減小所拋藥筒或彈底殼的尺寸和重量，盡管這些改進可能產生一定的效果，但要徹底解決拋殼可靠性問題仍較為困難。

處理空藥筒除拋殼以外，還有如法國“勒克萊爾”坦克采用的收集藥筒方式，這種方式盡管不必設置拋殼及開窗機構，但仍需在戰斗室內設置藥筒儲存裝置，占用了戰斗艙室內較多寶貴空間，并且無法有效密閉殘留彈底殼所散發的有害氣體。

1.角度調整裝置; 2.拉桿; 3.框架; 4.帶槽拉桿; 5.拋殼電磁鐵; 6.彈底擋鐵; 7.拋殼爪; 8.彈底殼收集器; 9.減速器; 10.扭桿

圖5 拋殼機構

1.拋殼窗蓋; 2.四連桿機構; 3.減速器; 4.電機

4) 降低坦克射速

表1為俄T-72坦克供輸彈系統動作循環圖。由表1可知，與藥筒及拋殼有關的動作(工序)有拋殼機架提升、窗口打開、藥筒拋出、窗口關閉、放下拋殼機架到藥筒收集位置、藥筒抽出等6個，其中除藥筒拋出動作外，其它動作均串聯于整個系統動作循環中，增加了供輸彈每個循環的時間，降低了供彈速度，也相應降低了坦克的射擊速度。

表1 俄T-72坦克供輸彈系統動作循環圖

5) 大底緣錐形結構進一步降低供輸彈系統可靠性

供輸彈系統如上所述，因必須設置拋殼、開窗機構或彈殼儲存機構而使系統復雜，供彈可靠性降低，同時藥筒大底緣錐形結構形式也對供輸彈可靠性造成不良影響，主要表現在：

(1)傳統藥筒底緣較筒體直徑大，增加了儲彈筒的尺寸，加大了彈藥在儲彈裝置中的固定難度和結構復雜性。

(2)由于大底緣、藥筒前部與儲彈筒之間短弧線甚至近乎點接觸(如圖7所示)，增加接觸應力，加大輸彈過程中的摩擦阻力和對儲彈筒或托彈盤的磨損。

(3)由于藥筒呈錐形，而藥筒輸送通道中的接彈(藥)盤為圓弧形，致使在彈藥傳輸過程中，定裝式彈藥和分裝式藥筒無法得到有效約束，易產生較大擺動或晃動；

(4)藥筒的錐度及大底緣也使定裝式彈藥的彈頭部分向前下有一定程度傾斜，在輸彈、交接過程中，更容易與前段輸彈滑道發生刮碰，改變彈藥運動狀態和軌跡，使輸彈過程不甚順暢，甚至發生卡滯現象。

以上幾方面，進一步降低了供輸彈系統的工作可靠性。

圖7 錐形結構對輸彈的不利影響

6) 降低防護能力

拋殼及開窗機構的設置降低了坦克的防護性，主要表現在兩方面：

(1)炮塔頂部拋殼窗處無法加裝披掛裝甲，這在攻頂武器對坦克威脅日益增加的情況下更成為一個不容忽視的問題；

(2)“三防”能力下降。在核沾染區作戰時，盡管射擊過程中，拋殼開窗時間較短，但仍使核污染物通過拋殼窗向乘員艙內擴散，降低了坦克在核戰爭情況下的作戰能力。

7) 增加重量

由于傳統藥筒均為全部或部分采用銅或鋼等金屬制成，不僅增加坦克任務載荷重量及整車戰斗全重，而且作為戰爭當中的消耗品，用量可觀，對于戰略物資供應、戰場后勤保障的壓力也十分巨大。

同時，大底緣結構使儲彈筒尺寸和重量較大，增加了車輛的戰斗負荷。

8) 減少攜彈量

由于采用大底緣結構使儲存彈藥裝置在徑向上尺寸較大，整個儲彈裝置或供彈機占用的空間較多，在相同重量和內部空間條件下，必然減小坦克的攜彈量。

9) 增加成本

對于金屬藥筒，射擊后需要抽殼，為便于抽殼，需要將火炮藥室部分和藥筒本身加工成一定的錐度，這無疑加大了制造難度，提高了制造成本。另外制造藥筒需要消耗大量金屬，加工底火室等制造困難、工藝復雜、成本高。

上述7個問題，主要存在于金屬和半可燃藥筒，而對于全可燃藥筒，盡管因藥筒完全可燃而不會再存在抽拋殼可靠性、射速降低等問題，但問題3)、5)、6)、7)依然存在。

2 坦克彈藥無殼化技術應用的具體措施及成效分析

2.1 武器彈藥無殼化技術的發展現狀

科學技術的發展為實現坦克彈藥無殼化提供了可能，如電磁炮、液體發射藥火炮等新型發射技術，這些都將很方便、自然地實現彈藥無殼化。但由于這些新技術尚未完全成熟，和工程應用還有一定的距離，本文暫不討論。在此仍僅針對使用傳統固體發射藥的發射技術(包括電熱化學發射技術)探討實現坦克彈藥無殼化的技術途徑。

從武器技術發展看，彈藥的無殼化是必然趨勢。輕武器方面，為了減輕彈重，增加士兵攜彈量，提高其戰斗力，同時節省大量金屬材料，降低成本，世界各主要大國自上世紀中葉便開始開展無殼彈技術研究。1981年德國率先研制成功G11式無殼彈槍。遠程身管式火炮方面，為了取消金屬藥筒，北約采用了無藥筒的藥包式裝藥的制式彈藥，近年來更研制成功并裝備了全可燃的模塊化裝藥(剛性裝藥)(如圖8)，以適應自動裝填的使用要求。

坦克炮彈藥在取消金屬藥筒方面也一直在努力探索，不斷取得進展，但目前仍保留了一段彈底殼，以便安裝底火、抽拋殼、定位及閉氣，可以說距離完全無殼化只有咫尺之遙。

圖8 德國PZH2000自行炮所用模塊裝藥

2.2 坦克彈藥無殼化技術應用的具體措施

要實現坦克彈藥無殼化需采取以下技術措施：

1) 采用模塊裝藥或不帶底火的純可燃藥筒。

對于使用分裝式彈藥的坦克，以采用類似模塊裝藥的非金屬可完全燃燒的裝藥容器代替傳統藥筒為宜；這種模塊裝藥的剛性優于藥包裝藥，可滿足自動裝填要求，且模塊裝藥上無底火、無大底緣，中心設置有傳火管，兩端均可點火，免除了對發射裝藥方向性的要求。

對于使用定裝式彈藥的坦克，可采用不帶底火、無金屬彈底殼的純可燃藥筒。

由于藥筒可完全燃燒，無需抽殼，因此可將藥筒外形由傳統的錐形變為圓柱狀。

2) 改進炮尾結構，在炮閂上取消抽拋殼機，增加底火裝填機構及閉氣裝置。

由于藥筒完全燃燒，不需要抽拋殼，因此在炮尾處不必再設置抽拋殼機。在藥筒上取消底火和大底緣的同時，對炮尾做相應改進，在火炮炮閂上增加底火自動裝填機構，以替代藥筒上的底火；增加閉氣裝置，以替代藥筒的大底緣。

底火自動裝填機構由底火盒、底火撥動機構和傳火閉氣機構等組成，動力來自火炮的后坐能量。閉氣裝置取代藥筒上的彈底殼，以確?；鹚帤怏w無法泄出。

3) 改進火炮藥室形狀，由錐形變為圓柱狀；

4) 取消供輸彈系統中的拋殼機構和炮塔上的開窗機構。

2.3 無殼化藥筒與傳統意義上全可燃藥筒的區別

無殼化藥筒與傳統意義上的全可燃藥筒盡管都是以將發射藥的容器全部燃盡為目的，但二者卻遵循著完全不同的技術路線，主要表現在：

1) 傳統全可燃藥筒不改變藥筒的總體結構方案，仍在藥筒底部采用大底緣結構并設置底火，僅將半可燃藥筒的彈底殼也變為可燃的非金屬，底火也由低熔點的金屬(錫、鋅和鉻鎘的合金)做外殼；而無殼化藥筒則不采用大底緣結構形式，也不安裝底火，簡化了彈藥結構組成。

2) 傳統全可燃藥筒不改變炮尾及供輸彈系統主體構成，僅將炮尾中的抽拋殼機和供輸彈系統中的拋殼機構，以及炮塔上的開窗機構取消；而無殼化藥筒除同樣取消炮尾、供輸彈系統和炮塔上與抽拋殼相關機構外，在炮尾內增加了底火自動裝填機構和閉氣裝置。

2.4 彈藥無殼化技術應用的成效分析

1) 徹底解決抽拋殼可靠性問題，提高火炮、供輸彈系統工作可靠性

由于拋殼機構或彈殼收集裝置等部件從屬于供輸彈系統，實現彈藥無殼化后這些部件自然取消，整個供輸彈系統組成將得到簡化，更重要的是減少了系統動作環節，簡化了相應的控制流程，提高了供輸彈系統乃至整個武器系統的可靠性。

仍以T-72坦克為例，表2給出了彈藥無殼化后供輸彈系統(自動裝彈機)動作循環圖，對比上述表1分析可知，無殼化后供輸彈系統動作環節由26個減少為20個，縮減了近四分之一的動作流程，供輸彈系統可靠性無疑將得到顯著提高。

表2 俄T-72坦克供輸彈系統動作循環圖(無殼化后)

2) 提高坦克射擊速度

由于不需抽殼，取消拋殼和開窗機構及其相應動作，可使供輸彈系統動作循環時間明顯縮短，顯著提高供彈速度及坦克射速。由表1、表2對比可知，彈藥無殼化后，T-72供輸彈單個循環時間可縮短約1.5 s，由此推算供彈速度將提高約2發/分。

3) 進一步提高供輸彈系統可靠性

簡化彈藥儲存裝置的結構，同時由于不需抽殼，可將藥筒由錐形變為圓柱形，這樣在藥筒傳輸過程中，使其運動軌跡更加規正，與滑道距離增大，使彈藥在傳輸過程中不易與滑道發生刮碰，能夠進一步提高供輸彈系統工作可靠性(圖9)。

4) 提高炮口初速

由于傳統的金屬藥筒在發射時要吸收火藥氣體的部分熱量，而純可燃藥筒完全可燃，要放出一部分熱量，相當于增加了發射藥的裝藥量，同時由于取消了底火室，也相應加大了裝藥量，這些都增加了火藥氣體對彈丸做功的能力，因此將使彈丸的炮口初速在一定程度上有所提高。

圖9 圓柱狀外形進一步提高輸彈可靠性

5) 系統更優化、經濟性好

實現彈藥無殼化，火炮炮閂內減少了一套抽拋殼機，增加了一套底火裝填機構和閉氣裝置，結構復雜性有所增加，但彈藥的結構及其儲存、傳輸及處理裝置卻得以簡化。對于每輛坦克而言，火炮只有一個，而所攜、使用的彈藥基數巨大，坦克內的儲彈筒基數也大，其上彈藥的閉鎖及解脫機構零部件不僅數量多，而且因為空間、重量方面的限制，設計、制造困難。同時由于取消了藥筒上的大底緣，不僅使藥筒自身的制造成本大幅降低，還能在簡化彈藥儲存、輸送和處理機構的同時，增加坦克載彈密度，降低成本。這從總體角度看更為經濟、合理。

6) 縮小彈藥占用的有效空間，提高彈藥裝載密度，提高攜彈量；

7) 減輕彈藥及整車重量。

另外，通過彈藥無殼化，顯著提高供輸彈系統可靠性、維修性，從而降低維修成本。

2.5 技術可行性分析

在技術上，按照本文所述技術途徑實現彈藥無殼化，可以避免傳統全可燃藥筒那樣要燃燒掉整個底火室，不會產生較多殘渣，因此更具技術可行性。

在技術發展上，坦克實現彈藥無殼化也有類似產品和技術可供借鑒，國外大口徑自行火炮(如德國PzH2000)早已研制并應用了剛性裝藥；關于底火自動裝填技術及適應模塊裝藥的炮尾高膛壓閉氣技術的國外專利均可查詢到。

由于坦克炮和自行火炮無本質區別，大口徑自行炮發射藥及相關技術的進步，為坦克炮彈藥無殼化技術的發展提供了有益的參考和經驗，也為彈藥無殼化技術的應用奠定了基礎。

當然，盡管坦克炮和自行火炮的火炮結構和供輸彈系統本質相同，但仍各具特點，對于坦克炮彈藥無殼化，并非簡單移植自行炮的技術成果，需要在參考、借鑒并做相應適應性改進的基礎上，根據坦克總體要求和坦克自身特點，進行深入研究，才能最終成功實現坦克彈藥無殼化。

3 結論

1) 實現坦克彈藥無殼化，能夠解決傳統藥筒使用過程中存在的諸多問題，提高供輸彈系統供彈速度和工作可靠性，從根本上解決長期存在的拋殼可靠性問題，優化戰斗艙室內部空間布局，提高火炮發射速度和射擊威力，提升裝備輕量化水平，對于提高坦克總體性能，具有十分積極的作用。

2) 從武器系統總體出發探索技術新途徑，可對整車總體性能產生遠較部件優化和改進更為顯著的提高和躍升。

3) 技術發展可使某系統中不同部件的復雜程度發生調整和變化，從武器系統乃至整車總體高度衡量能得出更為科學、合理的結論。

[1] 王儒策，趙國志，楊紹卿.彈藥工程[M].北京：北京理工大學出版社，2002.

[2] 尹建平，王志軍.彈藥學[M]. 北京：北京理工大學出版社，2012.

TheApplicationofAmmunitionNo-ShellinTank

WANG Dongji, GUO Jianghua

(Rearsh & Design Center of Weapon Ground Unimanned Platform,China North Vehicle Research Institute, Beijing 100072, China)

Aiming at the problems existed in the structure and used of the traditional cartridges of tanks, this paper puts forward the technical way to realize the shellless ammunition from the perspective of the tank weapon system. Combining with the present situation and development of the tank artillery ammunition and its application technology, the specific technical measures needed for the application of ammunition without shell technology are analyzed and discussed. Finally, the conclusion and experience are given.

ammunition; reliability of shell throwing; traditional cartridge; no-shelling; system for the missile

2017-08-20；

2017-09-15

王東基(1967—)，男,研究員，主要從事特種車輛研究。

郭江華(1988—)，男，工程師，碩士，主要從事車輛控制研究。

10.11809/scbgxb2017.12.018

本文引用格式：王東基，郭江華.坦克炮彈藥無殼化技術應用[J].兵器裝備工程學報，2017(12):75-79,89.

formatWANG Dongji, GUO Jianghua.The Application of Ammunition No-Shell in Tank[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(12):75-79,89.

TJ41

A

2096-2304(2017)12-0075-05

(責任編輯周江川)