惰性彈裝填工藝設(shè)計分析探討范文

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摘要：針對傳統(tǒng)惰性彈的裝填物不能滿足外彈道做地面精度試驗的問題，設(shè)計一種以水泥為主要原材料的新型惰性物質(zhì)裝填物。對裝填物進行配方分析、工藝設(shè)計、工藝試驗。試驗結(jié)果表明：新型惰性物的強度和密度均達到與炸藥相當(dāng)?shù)男Ч溲b填質(zhì)量穩(wěn)定、安全性高、無污染，能夠滿足彈藥鑒定和質(zhì)量一致性相關(guān)試驗需求。

關(guān)鍵詞：惰性彈裝填；配方研究；工藝設(shè)計；工藝試驗

0引言

惰性彈作為靶場炮射試驗的主要參試品及部隊訓(xùn)練使用，對武器裝備的靶場鑒定、定型和交驗等試驗質(zhì)量起著舉足輕重的作用[1]。針對彈藥的高安全性、高可靠性、高消耗性和低成本的要求[2]，在靶場試驗替代實彈完成各種射擊任務(wù)和部隊訓(xùn)練中，為保證安全、提高效率、降低成本，經(jīng)常采用惰性彈替代實彈完成各種射擊任務(wù)，如武器裝備流程試驗或訓(xùn)練等。隨著武器裝備研制生產(chǎn)任務(wù)及部隊訓(xùn)練使用的不斷增加，對惰性彈的需求量越來越多。傳統(tǒng)的惰性彈也稱砂彈，裝填物基本為瀝青、河砂等混合物，還有小部分裝填硫磺、蠟等混合物。砂彈密度均勻性不好、重心不準(zhǔn)，在一定膛壓下發(fā)射，裝填物被壓縮、重心后移，不能用作炮彈地面密集度試驗；不能裝配成半爆彈，無法用作引信部分試驗。隨著技術(shù)進步，迫切需要研制新型惰性物配方，使其機械強度、密度、密度均勻性基本和炮彈所裝填的炸藥相當(dāng)，與炸藥具有相容性[1]，與彈體結(jié)合牢固、不易松動；在彈體內(nèi)分布均勻，密度基本一致[2]；在高膛壓下射擊，裝填物不壓縮、重心不變化，是配套研發(fā)彈藥產(chǎn)品解決的關(guān)鍵[3]；同時，可以裝配成半爆彈，爆炸后在彈著點處有一定大小的炸坑及聲、煙效果。這種惰性彈可以代替實彈用作地面密集度和引信部分性能的試驗。

1國內(nèi)外技術(shù)背景

惰性彈是彈體中裝填物為惰性物質(zhì)的炮彈，用于部隊訓(xùn)練演習(xí)或內(nèi)彈道性能試驗，以及炮彈零部件強度、火炮強度及作用可靠性等靶場試驗[4]。我國的惰性彈長期沿用裝填瀝青、河砂等混合物技術(shù)。瀝青砂適用于一般強度試驗、內(nèi)彈道試驗，但一直在炮彈地面精度試驗上出現(xiàn)問題，原因是炮彈在發(fā)射過程中，瀝青砂子混合物后坐使彈丸的重心及轉(zhuǎn)動慣量均發(fā)生變化，不能滿足彈丸的設(shè)計要求。經(jīng)過對性能試驗剩余的惰性彈進行解剖發(fā)現(xiàn)，在彈體口部有很多鐵砂，彈丸重心偏差比較大，在彈體口部加鐵砂配重是違章操作。這種裝填方法不僅操作復(fù)雜，而且造成彈丸質(zhì)心、偏心不穩(wěn)定，嚴重影響靶場試驗質(zhì)量[5]。從歐洲引進的石膏惰性彈，其裝填物仍然存在被壓縮的問題，性能達不到設(shè)計要求。隨著新型智能化彈藥的研制和武器裝備水平的提高，試驗時對作為主要參試品的惰性彈要求越來越嚴格。根據(jù)惰性彈的研制機理和使用效果，針對惰性彈新型裝填材料強度不確定、裝填精度低的問題，經(jīng)過數(shù)十次試驗，成功設(shè)計了一種以水泥為主要原材料的惰性彈裝填物配方與工藝，其強度和密度都能達到與炸藥相當(dāng)?shù)男Ч?/p>

2裝填物性能要求

2.1裝填物的壓潰強度大、抗壓強度可調(diào)

裝填物的設(shè)計原則是選用的惰性材料與接觸的彈體及零部件具有相容性，裝填后應(yīng)具有一定的強度和穩(wěn)定性，滿足使用和貯存要求；裝填物應(yīng)均勻，裝填后保證惰性彈的重量、質(zhì)心位置等與實彈一致。彈丸在飛行過程中，在加速段承受極大的加速度，內(nèi)部裝填物受到巨大的壓潰應(yīng)力[6]。這就要求惰性彈的內(nèi)部裝填物具有很高的壓潰強度，防止裝填物破碎，造成彈丸結(jié)構(gòu)特征數(shù)發(fā)生變化，影響彈丸的內(nèi)外彈道性能。裝填物配方應(yīng)以設(shè)計要求為前提進行考慮，使其與實彈的參數(shù)相似或一致，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊不松動，那么裝填物應(yīng)能夠自行凝固。目前壓潰強度最小的是注裝TNT的配方，壓潰強度為9.6Mp[6]。采用水泥作為裝填物的主要原材料，優(yōu)點是裝填在彈體中可以增加彈體強度，其抗壓強度可以在10Mp以上調(diào)整。將水泥填料調(diào)整到略低于模擬炸藥的強度，做彈體強度試驗可行。用瀝青砂彈和水泥惰性彈在某產(chǎn)品上做強度對比試驗，通過分析彈體殘余變形測量結(jié)果表明，水泥惰性彈完全滿足彈體強度試驗要求，可推廣應(yīng)用于多個產(chǎn)品。從應(yīng)用情況看，水泥惰性彈可以代替瀝青砂彈，但瀝青砂彈無法代替水泥惰性彈。

2.2裝填物裝填后密度均勻

原瀝青砂彈裝填技術(shù)落后，質(zhì)量一致性差，在高膛壓發(fā)射后裝填物下沉量很大，不能用于彈丸地面密集度試驗。水泥填料裝填的惰性彈，裝填物上中下密度差小于0.07g/cm3，在高膛壓下發(fā)射，裝填物不壓縮，質(zhì)心與裝填炸藥的實彈相同，可替代實彈用于地面密集度試驗與驗收。

3裝填物配方研究及工藝過程控制

3.1裝填物配方設(shè)計

通過對惰性彈應(yīng)用現(xiàn)狀進行調(diào)研，全面掌握彈藥行業(yè)生產(chǎn)和使用過程中對惰性彈的實際需求，分析裝填惰性彈用作地面密集度試驗、強度試驗、引信、發(fā)射藥、火炮各項試驗的不同目的。根據(jù)不同彈藥裝填物或裝填方式的不同，確定最合理的裝填物及其配方[7]。為尋找符合強度要求的裝填物配方組成成分，以硅酸鹽水泥等混合物為主要裝填材料，模擬單質(zhì)炸藥和混合炸藥的裝藥，分析其各組分的配比如表1所示，進行惰性彈裝填工藝設(shè)計。

3.2工藝過程控制

工藝流程：填料的配制→攪拌→裝填→養(yǎng)生。配方中的水泥為硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強度等級應(yīng)不小于42.5或42.5R，并符合GB175通用硅酸鹽水泥的規(guī)定；當(dāng)惰性彈用于強度試驗或溫、穩(wěn)炮時允許用強度等級為32.5或32.5R的水泥代替。1)填料的配制。惰性彈采用水泥、膨脹珍珠巖、水等成分配比。由于珍珠巖的干濕程度很難一致，比較潮濕的要多加一些，反之要少加一些。水的質(zhì)量也要做相應(yīng)的變化。2)攪拌。人工和機械攪拌均可，最好用機械攪拌，機械攪拌效率高，混合均勻。攪拌分多步進行。3)裝填。水泥、珍珠巖混合均勻后進行裝填，需特別注意要嚴格控制加水量。水多，填料的黏度小、流動性好，容易裝填，但是珍珠巖上浮，口部疏松，上下密度不均，中心不準(zhǔn)；水少，填料的粘度大，難以裝填，填料在彈體內(nèi)搭橋，有大的氣孔和縮孔，其機械強度大幅下降，無法保證射擊后重心不變化。4)養(yǎng)生。水泥、膨脹珍珠巖混合物裝入彈體后，在室溫下養(yǎng)生28d以上，或在高溫中養(yǎng)生48h。

4工藝試驗

在常溫下對模擬B炸藥的水泥填料的凝固時間和抗拉強度關(guān)系進行了試驗，結(jié)果如表2所示。模擬TNT炸藥水泥填料的抗拉強度比模擬B炸藥相對低些。在高溫中養(yǎng)生48h填料的抗拉強度相當(dāng)于室溫養(yǎng)生28d。將水泥與珍珠巖的混合惰性物，模擬TNT炸藥、B炸藥等進行裝填，彈丸頭部引信、傳爆藥柱不變，發(fā)射時具有實彈的聲響、煙霧效果，等同于實彈射擊訓(xùn)練。通過使用水泥半爆彈進行地面密集度試驗、底排藥柱性能試驗、點火具試驗以及引信瞎火試驗，試驗數(shù)量超過千余發(fā)，取得了良好效果。水泥半爆彈和實彈的試驗結(jié)果極為接近，所以使用水泥裝填作為訓(xùn)練用彈，安全可靠，完全能達到戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練目的。

5結(jié)束語

我國在高效毀傷等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)已有新突破，形成了核心技術(shù)[8]。和瀝青砂彈相比，水泥惰性彈不用燒砂和熔化瀝青，不但能節(jié)省大量焦碳和砂炕板，而且更重要的是使環(huán)境免受污染，工人免受瀝青毒氣之苦；另外，裝填瀝青砂彈易引起火災(zāi)，存在安全隱患。水泥惰性彈具有安全性高、無污染、低成本等顯著優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于部隊訓(xùn)練演習(xí)或內(nèi)彈道性能測驗，以及炮彈強度、火炮強度及作用可靠性等靶場試驗。

作者：孫家利 王秋雨 盧鳳生 單位：北方華安工業(yè)集團有限公司技術(shù)部