分步壓裝高能炸藥質量控制研究

孫家利，王秋雨，焦 紅，孫 麗

(1.北方華安工業集團有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161046；2.中國兵器工業標準化研究所，北京 100089)

為實現彈藥的高效毀傷和高安全性，持續推動彈藥技術的不斷發展，要求炮彈尋求裝填高能量和高安全性的炸藥，以滿足武器裝備的高效毀傷效能。隨著我國第2代含能材料高能炸藥的快速發展，為實現地面壓制武器彈藥綜合毀傷威力的提高提供了良好的基礎。但采用新型高能炸藥提高武器裝備性能的同時，大批量生產時，常規裝藥方法裝填的炮彈已經不能滿足未來戰場需求。之前常用的注裝藥法、螺旋裝藥法、壓裝法不能適應含鋁的高能炸藥裝藥，已成為制約我軍武器裝備發展的短板，嚴重影響了地面壓制武器的整體水平[1]，分步壓裝藥是裝填高能炸藥的一種新的裝藥方法。為了發展我國的國防事業，提高彈藥在國際市場的競爭能力，從烏克蘭引進了分步壓裝機，以期解決現役彈藥毀傷效能嚴重不足的問題。雖然分步壓裝機是新引進設備，但設備精度超差，并且二代含能材料高能炸藥在炮彈上是首次應用，尚無成熟的工藝路線可以參考。用引進設備在壓裝藥過程中出現了密度不均勻，有裂紋、斷層等缺陷，這些疵病的存在可使藥柱強度降低，是造成炮彈膛炸的原因之一[2]。因此，應解決基于第2代高能炸藥應用的關鍵技術，實現新型高能炸藥在炮彈上的應用，以彌補現役彈藥毀傷威力的不足，促進我國壓制武器高效毀傷實現跨越式發展[3]。

1 國內外技術背景及發展情況

西方發達國家不斷將新型高能炸藥應用在各類彈藥，完成了彈藥裝藥從TNT為主到以RDX、HMX為主的更新換代，提高了彈藥毀傷效能[4]。俄羅斯采用分步壓裝工藝，在炮彈中主要裝填以RDX為主體的高能混合炸藥，使同類彈藥比裝填TNT時的威力提高50%以上，有效提高了發射安全性和彈藥的威力。為了提高彈藥的威力和毀傷效能，我國從烏克蘭引進了自動壓裝機，經國產化同時研究分步壓裝高能炸藥技術，以滿足隨著作戰環境對彈藥在射程、威力等方面提出的更高要求。

2 分步壓裝機的裝藥原理

分步壓裝藥機是一種實現新型裝藥工藝全新的裝藥設備。針對分步壓裝藥工藝技術和裝藥方法，進行了引進壓裝機的國產化改進研究。分步壓裝藥工藝裝藥原理是通過每次對少量的炸藥進行多次沖壓，在沖頭附近形成薄層密實區，散裝藥被沖頭不斷壓實，沖頭隨被壓實的裝藥面的升高而自動上移，直至彈體口部，隨著沖頭不斷運動最終形成藥柱[5]。分步壓裝藥是在螺旋裝藥和壓裝藥的基礎上將二者合二為一的裝藥方法，是綜合了螺旋裝藥和壓裝藥優點的一種裝藥方法[6]。裝藥過程是通過每次少劑量裝散藥劑，螺桿在一定轉速旋轉下，將炸藥逐份送入彈體內腔，隨裝隨壓，“裝—壓—裝—壓”交替連續將炸藥逐份送入炮彈內腔進行搗壓，完成炮彈的炸藥裝填。當密度達到一定值后，壓實的炸藥面對螺桿沖頭產生反壓力，當反壓力大于主軸油缸的反壓溢流閥的設定值時，螺桿沖頭被提升，使炸藥在彈體內由底部向上逐層被壓實，達到工藝要求的密度。

3 影響分步壓裝藥質量的因素及控制方法

分步壓裝藥在威力、安定性、環境適應性等方面都遠遠優于常規裝藥，具有良好的應用前景，對彈藥系統結構升級意義重大。分步壓裝藥密度分布的均勻性是裝藥質量控制的關鍵，密度過高，起爆感度降低，易產生“壓死”現象，密度過低，不能有效殺傷敵人有生力量[7]。影響分步裝高能炸藥質量的因素主要包括人員、設備、材料、環境、工藝過程控制等。

3.1 人員

分步壓裝藥法工藝是應用于炮彈裝藥的新工藝，從事分步壓裝藥技術、質量人員應具有相關的專業理論知識和實踐經驗，為確保產品裝藥質量，提高裝藥效率，對操作人員、檢驗人員應進行工藝、技術和安全的培訓及考核。

3.2 高能炸藥性能

炸藥為各種武器彈藥提供毀傷的能源，不斷向提高能量和應用更加安全的方向發展。目前用于常規彈藥分步壓裝的高能炸藥主要有鈍黑鋁炸藥、聚黑鋁炸藥，是能量較高的二代含能材料，炸藥的流散性好，機械感度低，成型后密度高，安全性高，為高過載常規彈藥應用分步壓裝藥奠定了基礎。分步壓裝藥過程中，流入彈體內的炸藥量主要取決于其流散性，流散性過大，流入藥量多，容易淹沒裝藥螺桿，進而影響裝藥密度；炸藥流散性過小，每次藥量流入少，可能粘附螺桿，影響裝藥安全性，并且較少的藥量在裝藥螺桿作用下雖然密度提高，但增加了連續沖擊炸藥和摩擦次數，增加了危險性[8]。為確保壓裝藥安全，炸藥不允許有目視可見的雜質及金屬屑、碎玻璃、砂石。

3.3 工作環境

分步壓裝藥技術綜合了螺旋裝藥和普通壓裝藥技術的優點，廣泛應用于炮彈、火箭彈等產品裝藥[9]，一般情況炸藥不需要加熱，為保證炸藥的可塑性以提高裝藥密度和減少藥柱裂紋，彈體和炸藥溫度不宜過低，因此要求裝藥工作環境溫度≥18 ℃，工房一般保持相對濕度在40%～75%范圍內，以減小靜電，提高裝藥安全性。

3.4 壓裝藥機設備調試

壓裝藥機設備參數是否合理直接影響著壓機定位準確度，導致出現密度不合格。為確保壓裝藥質量，設備的使用應處于完好狀態，儀器應定期檢定合格，并且在有效使用期內。針對烏克蘭引進的分步壓裝機精度超差問題，對空車運行的分步壓裝機的精度進行檢測，根據檢測結果確定設備精度調整措施，如工作平臺的平面度≯0.05 mm/1 000 mm，滑塊平面對工作臺平面平行度調整為≤0.1 mm，滑塊運動軌對工作臺面的直線度≤0.2 mm/1 000 mm。裝藥前進行設備運轉檢查，設備各部位應運轉靈活，無卡滯現象；采用手動操作方式調整設備，確保炸藥螺桿與保護套不刮蹭；檢測裝藥螺桿徑向跳動應≤0.25 mm。

3.5 分步壓裝藥工藝過程設計

根據分步壓裝技術原理和裝藥技術，確定分步壓裝藥主要工藝過程：彈體準備→彈體檢驗→炸藥準備→炸藥檢驗→分步壓裝模擬炸藥→分步壓裝藥→檢驗→補裝藥→裝藥質量檢驗。

當不同產品分步壓裝藥時，需調整裝藥螺桿與彈體底部距離，如中大口徑炮彈應為18～25 mm，目的是螺桿下降到位后，保證螺桿距彈體底部有足夠的安全距離，以避免壓藥過程中螺桿與彈體底部摩擦發生危險，引起工藝安全問題[10]。設備經國產化改進后，利用某開合彈分步壓裝模擬炸藥，采用自動控制程序檢測反向壓力、裝藥器開口轉變的位置、裝藥螺桿與彈體底部距離等工藝參數是否穩定和符合工藝要求，直至調整到符合工藝要求后，方可進入正式的分步壓裝藥生產。通過一定數量開合彈分步壓裝模擬藥，確定了工藝參數，對不同產品分步壓裝高能炸藥小批量工藝試制，優化了分步壓裝藥工藝參數，最佳裝藥反壓力4～8 MPa，補裝藥壓力3～6 MPa。

3.6 工藝試驗驗證

某產品小批量分步壓裝藥試制，裝藥安全性高，連續性好，裝藥良品率達到97%以上，經裝藥質量檢測裝藥平均密度達到1.70 g/cm3以上，采用X射線機或工業CT照相對裝藥彈體進行檢測，無疵病。為進一步驗證裝藥性能，進行環境試驗、射擊安定性等集成驗證試驗，均滿足設計要求，為高能炸藥在武器裝備上的廣泛應用奠定了基礎。

4 結語

通過引進壓裝機經國產化改進后，分步壓裝藥實現安全自動化生產，滿足了我國炮彈裝藥生產低成本、高效率的要求，分步壓裝藥安全性更高，提高了裝藥密度和良品率，消除或減少裝藥缺陷，解決了基于二代含能材料高能炸藥分步壓裝藥工藝技術，促進我國地面壓制武器升級換代。