瑞典古斯塔夫無后坐炮引信技術綜述

肖 劍，王雨時，聞 泉，張志彪

(南京理工大學機械工程學院，江蘇 南京 210094)

0 引言

自20世紀70年代以后，輕型無后坐炮有了進一步發展，如瑞典M3和M4式古斯塔夫無后坐炮。伴隨著無后坐炮的發展以及作戰用途的不斷拓展，古斯塔夫無后坐炮彈藥類型也越來越豐富，彈藥系統的多樣性促使了引信結構和性能的不斷發展和完善。我國在六、七十年代也發展了無后坐炮武器系統，主要有65式82 mm無后坐炮系統和78式82 mm無后坐炮系統，其中78式82 mm無后坐炮引信包括DR04式、無榴-3式和電-1已式引信[1-2]。文獻[3]詳細介紹了瑞典84 mm口徑古斯塔夫無后坐炮彈藥技術。

20世紀70年代末，M3式古斯塔夫無后坐炮配用了火箭增程彈，也發展了新型彈底起爆引信 F/551。隨著無后坐炮及其彈藥的發展，無后坐炮引信型號和類型也越來越豐富，同一引信型號可適配于同類彈藥系統不同代的型號，通用性較強。目前瑞典古斯塔夫無后坐炮裝備的引信型號有ZTZ 42 A1、FFV 447、FFV 502、FFV 957和F/551。

古斯塔夫無后坐炮最早主要用作反坦克武器。目前古斯塔夫無后坐炮用途較廣，而對引信保險裝置、解除保險距離(時間)和觸發靈敏度等性能要求更高。在未來作戰中，為適應不同作戰需求，無后坐炮引信系統的發展仍是重中之重。查閱國內外文獻，未發現有文獻對瑞典古斯塔夫無后坐炮引信作特點分析。本文通過對比84 mm口徑古斯塔夫無后坐炮不同引信的結構、原理和性能，歸納出古斯塔夫無后坐炮引信的特點，為給無后坐炮引信系統研制提供參考。

1 火炮、彈藥與彈道環境概述

1.1 火炮概述

瑞典古斯塔夫無后坐炮采用火箭發動機的推力原理，在尾部裝有拉瓦爾噴管。在射擊過程中，發射藥燃氣推動彈丸向前運動的同時又從拉瓦爾噴管中高速流出，在彈丸向前運動過程中，身管產生后坐力，而火藥氣體高速流出對身管產生反后坐力，整個發射過程中，炮身基本上處于靜止狀態[3]。

瑞典古斯塔夫無后坐炮發展起源于M1，但M1僅作為反坦克武器使用且口徑僅為20 mm。1948年FFV公司研制出M2。M2全長1.13 m，全重14.2 kg，可由單兵攜帶，1～2人操縱，炮彈初速310 m/s，射速6發/min，如圖1所示[11]。20世紀70年代初根據瑞典陸軍作戰需求改進了M2，改進后命名為M2-550，采用了FFV556式瞄準裝置，并配備了火箭增程彈。M2-550比M2型體積重量更大，射程更遠。

圖1 M2型古斯塔夫無后坐炮Fig.1 M2 Gustaf recoilless guns

圖2 M3型古斯塔夫無后坐炮Fig.2 M3 Gustaf recoilless guns

目前裝備最廣泛的是M3，M3全長1.065 m，因大量采用碳纖維復合材料，全炮重僅9.5 kg。M3保持了古斯塔夫用途廣、性能強的特點，可發射多型彈藥，對付多種目標，如圖2所示。2014年瑞典薩博博福斯動力公司(Svenska Aeroplan Aktiebolaget Bofors Dynamics，簡稱SAAB公司，前身是博福斯反裝甲公司)研制出新型便捷式無后坐炮古斯塔夫M4。M4全重6.7 kg，全長小于1 m。相比于其他型號無后坐炮，M4加裝了上膛保險裝置，確保裝彈狀態下的安全性，允許士兵帶著彈已上膛的M4(如圖3所示)進行戰術動作。

圖3 M4型古斯塔夫無后坐炮Fig.3 M4 Gustaf recoilless guns

古斯塔夫無后坐炮武器系統具有較強的靈活性，可供選擇的彈藥種類齊全。古斯塔夫無后坐炮得到美國、日本等國的重視，目前已有47個國家采購裝備[4]。

1.2 彈藥概述

20世紀50年代瑞典M2型84 mm古斯塔夫無后坐炮彈藥系統包括441 B型殺傷爆破榴彈、469 B型發煙彈和545型照明彈。其中441B型殺傷爆破榴彈全彈重3.20 kg，彈丸重2.30 kg，主要對付開闊地或戰壕內集群人員。469 B型發煙彈全彈重3.10 kg，彈丸重2.20 kg，用以生成煙幕、干擾對方觀察、射擊和指示目標。545型照明彈全彈重3.10 kg，彈丸重2.20 kg，用以提供照明[6]。

20世紀70年代，瑞典FFV軍械公司發展了新型551型火箭增程破甲彈，配備在M2-550古斯塔夫無后坐炮上，用于近距離攻擊坦克和各種裝甲目標。該彈除了裝備瑞典部隊外，還裝備了澳大利亞、加拿大、以色列等國家。

20世紀80年代，為完善古斯塔夫無后坐炮多用途武器系統，瑞典相繼研制了441 D型殺傷爆破榴彈、551 C型火箭增程破甲彈、751型火箭增程破甲彈、ADM 401型榴霰彈、TPT 141型曳光訓練彈和TP 552型火箭增程訓練彈等彈藥。瑞典古斯塔夫無后坐炮彈藥主要性能如表1所列。

1.3 彈道環境概述

估取彈丸膛內運動行程為不計拉瓦爾噴管的身管長0.77 m，按文獻[7]給出的經驗公式估算出古斯塔夫無后坐炮引信后坐過載和膛內運動時間，如表2所列。根據無后坐炮內彈道學模型[8-9]和表1給出的彈重參數，使用軟件Matlab解算出最大膛壓，并據此計算出后坐過載(將計及彈后空間壓力梯度影響的虛擬系數近似取為1)。對比由經驗公式估算得到的后坐過載與理論計算通過最大膛壓得到的后坐過載，誤差最大為17%，最小為6.2%。瑞典古斯塔夫無后坐炮引信參考彈道環境如表2所列。

表1 瑞典古斯塔夫無后坐炮彈藥主要性能[12]

表2 瑞典古斯塔夫無后坐炮引信參考彈道環境[12]

表2中的最大射程數值可能多系有效射程最大值。按545C照明彈最大射程2 300 m估計，所配引信爬行過載系數約為4.3。其中502型雙用途殺爆彈和551型火箭增程破甲彈屬于尾翼彈。

2 引信構造與作用原理

2.1 ZTZ 42 A1火藥時間引信[10]

ZTZ 42 A1火藥時間引信，配用于545B型照明彈，為時間藥環彈頭引信，引信發火方式為針刺發火。傳爆序列由火帽、引燃劑、延期藥盤、藥柱、拋射藥構成。引信結構如圖4所示，工作原理：彈丸發射時，后坐力使擊錘向后壓縮其彈簧，擊錘內的火帽沖撞擊針，接著引燃劑引燃延期藥盤，燃燒時間等于引信裝定距離的飛行時間。然后底部藥柱點燃拋射藥，接著點燃彈內的照明劑。ZTZ 42 A1引信利用后坐過載環境解除保險后，依靠延期藥盤裝定時間來保證引信未達到目標時處于安全狀態。該引信不符合MIL-STD-1316C《引信安全性設計準則》的相關要求。

圖4 ZTZ 42 A1火藥時間引信結構Fig.4 The structure of pyrotechnic time fuze ZTZ 42 A1

2.2 FFV 957彈頭觸發引信[10]

FFV 957彈頭觸發引信配用于469B型發煙彈。該引信發火方式為針刺發火，瞬發傳爆序列由雷管、導爆藥、傳爆藥構成。引信結構如圖5所示。工作原理：發射時，后坐加速度使安全和解除保險裝置(如圖6)中的后坐銷縮回，釋放鋼球，保險閂的凸緣將鋼球推離通道并后移，然后釋放滑塊，接著離心力沿徑向向外驅動滑塊，釋放轉子。轉子釋放后，在離心力作用下經無返回力矩擒縱機構延期到達解除保險位置。離心力還向外移動彈簧保險銷(三個沿周向均布)，從而釋放擊針。在大著角碰擊目標時，擊針刺發雷管，然后依次使導爆管、傳爆管、拋撒裝藥和發煙劑作用。此外，頭部直接撞擊時，擊針桿向擊針反沖，使其刺發雷管。該引信通過后坐過載環境解除第一道保險，通過旋轉環境解除第二道保險，其他保險則是利用彈簧加載的保險銷將擊針固定在保險位置并依靠旋轉環境解除保險。該引信解除保險距離為20～70 m，具有觸發和擦地炸兩種作用模式。該引信未解除保險時，對25 mm厚木板不起作用，解除保險時，對7 mm厚木板作用。該引信不符合MIL-STD-1316C《引信安全性設計準則》的相關要求。

圖5 FFV 957彈頭起爆引信結構Fig.5 The structure of point detonation fuze FFV 957

圖6 FFV 957彈頭起爆引信的安全和解除保險裝置Fig.6 The safety and arming device for point detonation fuze of FFV 957

2.3 FFV 502彈底起爆引信[10]

FFV 502彈底起爆引信配用于502型雙用途殺爆彈。該引信發火方式為針刺發火，瞬發和延期傳爆序列均由雷管、導爆藥、傳爆藥構成。引信結構如圖7所示。工作原理：發射時，發射藥氣體穿過引信底盤孔推動壓力活塞，壓力活塞使保險銷上移，然后鋼球移動到側面，同時釋放擒縱機構鎖銷，后坐加速度與壓縮的驅動簧向下推動擒縱機構鎖銷，進而釋放擒縱機構，之后扭簧使轉子旋轉，后坐加速度繼續向下推動活擊體，釋放轉子和轉子中的彈簧加載推銷，轉子驅動活擊體阻擋了轉子鎖。當轉子轉過180°并且后坐加速度消失時，壓縮彈簧向上推動轉子驅動的活擊體，通過轉子鎖使轉子轉到解除保險位置。因此，該引信通過后坐過載環境解除第一道保險，通過轉子鎖解除第二道保險，解除保險距離為16～31 m。定時和瞬發觸發兩種作用模式的裝定取決于彈藥裝填的方位(差180°方位角)。

圖7 FFV 502彈底起爆引信結構Fig.7 The structure of projectile base detonation fuze FFV 502

2.4 FFV 447機械時間/瞬發觸發引信[10]

FFV 447機械時間/瞬發觸發引信為彈頭引信，配用于441B型殺爆彈，結構如圖8所示。該引信發火方式為針刺發火，其瞬發傳爆序列和延期傳爆序列均由第一個雷管、第二個雷管、導爆藥、傳爆藥構成。發射時，后坐加速度使后坐銷退回，釋放球，保險閂的外緣將球推開，釋放滑塊，接著離心力驅動滑塊徑向外移，釋放轉子(結構可參照圖6)。同時離心力使彈簧保險銷(也是三個沿周向均布)向外移動，釋放擊針。轉子被釋放后，在離心力作用下，通過鐘表機構經歷一定的延時后運動到解除保險位置，在裝定的時刻，鐘表機構延期后擊錘激發第一個雷管，該雷管的超壓驅使活擊體下推擊針刺發第二個雷管，然后使導爆管、傳爆管及傳爆序列的其余部分作用。在瞬發或擦地時，安全與解除保險裝置沖向擊針，引發傳爆序列。該引信的第一道保險為后坐保險，第二道保險為離心保險，其他保險包括保險件鎖定鐘表機構和彈簧加載的保險銷將擊針鎖定在安全位置。該引信解除保險距離為20～70 m，作用模式為定時或瞬發觸發，可手工裝定。該引信在5°以下落角對50 mm厚松木板不作用。該引信不符合MIL-STD-1316C《引信安全性設計準則》的相關要求。

圖8 FFV 447機械時間瞬發觸發引信結構Fig.8 The structure of mechanical time instantaneous fuze FFV 447

2.5 F/551彈底起爆引信[10]

F/551彈底起爆引信配用于551型破甲彈。該引信發火方式為電發火，瞬發傳爆序列由電雷管、PBXN-5傳爆藥構成。引信結構如圖9所示。工作原理：安全狀態下兩個彈簧加載的套筒(后坐銷)將錯位轉子限制在安全位置。發射時，后坐加速度使兩個彈簧加載的套筒退回，釋放轉子，轉子借助其解除保險彈簧旋轉270°到解除保險位置，接觸簧使接觸片緊壓電雷管，閉合發火電路。當彈丸正面或側面碰擊目標時，沖擊波傳出，擠壓5個壓電晶體，發送電信號起爆雷管，然后雷管使傳爆管作用，最后起爆炸藥裝藥。該引信包含有由4個二極管構成的橋式整流器。當彈丸飛行穿越灌木叢時，因碰擊灌木叢而在壓電晶體上產生的較低電壓會在整流器上被降低，使傳送到電雷管上的電壓不足以使其發火，從而實現了引信的鈍感度即低靈敏度性能。該引信只利用后坐過載環境解除保險，解除保險距離為5～15 m。該引信最大著角為80°～90°，可對付400 mm厚普通裝甲。該引信不符合MIL-STD-1316C《引信安全性設計準則》的相關要求。

圖9 F/551彈底起爆引信安全與解除保險狀態Fig.9 The safety and arming device status for projectile base detonation fuze of F/551

3 引信性能介紹與特點分析

上述各彈藥所用引信的性能參數如表3所列。

由表3可知，瑞典古斯塔夫無后坐炮FFV 447引信、FFV 502引信、FFV 957引信具有冗余保險特性，FFV 447引信和FFV 957引信第一道保險均是用軸向保險裝置將擊針鎖定在安全位置，依靠后坐過載解除保險，但在旋轉環境即靠離心力解除的第二道保險中，FFV 447引信采用鐘表機構，而FFV 957引信采用無返回力矩擒縱機構。FFV 502引信借助轉子保險和轉子驅動的活機體被約束在安全位置，依靠后坐加速度推動活機體解除第一道保險，通過轉子轉到解除保險位置解除第二道保險。而ZTZ 42 A1引信和F/551引信只有一道保險，ZTZ 42 A1引信利用后坐加速度解除保險，依靠延期藥盤裝定引信飛行時間，F/551引信利用后坐加速度使套筒退回，釋放轉子解除保險。FFV 447引信和FFV 957同為彈頭引信，保險原理相同且引信解除保險距離最長，在勤務處理以及裝彈使用過程中安全性最高，而FFV 502引信和F/551引信同為彈底引信，但FFV 502引信較F/551引信安全。ZTZ 42 A1引信安全性較低，但僅配用于照明彈，危害程度稍低。

表3 瑞典古斯塔夫無后坐炮引信性能參數

4 結論

瑞典古斯塔夫無后坐炮引信自上世紀70年代以后發展迅速，為無后坐炮多用途性提供了保障。瑞典古斯塔夫無后坐炮優點在于使用不同類型彈藥時的炮口初速在210～260 m/s，且彈丸靠膛線自旋和彈道性能穩定，精度高而射程更遠[5]。

目前，我國主要有65式82 mm和78式82 mm無后坐炮，且該炮的引信不同于古斯塔夫無后坐炮引信。為給我國無后坐炮引信的研制提供參考，本文通過對比歸納出古斯塔夫無后坐炮不同引信的特點：

1)瑞典古斯塔夫無后坐炮引信可通用于M2式、M3式和M4式三代無后坐炮彈藥系統，通用性很高。

2)瑞典古斯塔夫無后坐炮彈藥和戰斗部功能及原理不同，其所配引信原理、結構和性能也不同。目前只有ZTZ 42 A1引信采用時間藥盤，其燃燒時間等于引信裝定距離的飛行時間。

3)瑞典古斯塔夫無后坐炮引信系統均無自毀功能設計，對于觸發式引信，在未擊中目標時，存在附帶毀傷和誤傷的問題。

4)瑞典古斯塔夫無后坐炮FFV 447引信和FFV 502引信具有觸發和延期兩種模式，可根據作戰目標進行設定。

5)瑞典古斯塔夫無后坐炮FFV 957引信具有擦地炸作用，可對地面目標進行摧毀。