惰性彈裝填工藝設計分析探討范文

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摘要：針對傳統惰性彈的裝填物不能滿足外彈道做地面精度試驗的問題，設計一種以水泥為主要原材料的新型惰性物質裝填物。對裝填物進行配方分析、工藝設計、工藝試驗。試驗結果表明：新型惰性物的強度和密度均達到與炸藥相當的效果，其裝填質量穩定、安全性高、無污染，能夠滿足彈藥鑒定和質量一致性相關試驗需求。

關鍵詞：惰性彈裝填；配方研究；工藝設計；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練使用，對武器裝備的靶場鑒定、定型和交驗等試驗質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和部隊訓練中，為保證安全、提高效率、降低成本，經常采用惰性彈替代實彈完成各種射擊任務，如武器裝備流程試驗或訓練等。隨著武器裝備研制生產任務及部隊訓練使用的不斷增加，對惰性彈的需求量越來越多。傳統的惰性彈也稱砂彈，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，在一定膛壓下發射，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，與炸藥具有相容性[1]，與彈體結合牢固、不易松動；在彈體內分布均勻，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，是配套研發彈藥產品解決的關鍵[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國內外技術背景

惰性彈是彈體中裝填物為惰性物質的炮彈，用于部隊訓練演習或內彈道性能試驗，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。瀝青砂適用于一般強度試驗、內彈道試驗，但一直在炮彈地面精度試驗上出現問題，原因是炮彈在發射過程中，瀝青砂子混合物后坐使彈丸的重心及轉動慣量均發生變化，不能滿足彈丸的設計要求。經過對性能試驗剩余的惰性彈進行解剖發現，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雜，而且造成彈丸質心、偏心不穩定，嚴重影響靶場試驗質量[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，經過數十次試驗，成功設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的效果。

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

裝填物的設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，裝填后應具有一定的強度和穩定性，滿足使用和貯存要求；裝填物應均勻，裝填后保證惰性彈的重量、質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，內部裝填物受到巨大的壓潰應力[6]。這就要求惰性彈的內部裝填物具有很高的壓潰強度，防止裝填物破碎，造成彈丸結構特征數發生變化，影響彈丸的內外彈道性能。裝填物配方應以設計要求為前提進行考慮，使其與實彈的參數相似或一致，內部結構緊湊不松動，那么裝填物應能夠自行凝固。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以上調整。將水泥填料調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品上做強度對比試驗，通過分析彈體殘余變形測量結果表明，水泥惰性彈完全滿足彈體強度試驗要求，可推廣應用于多個產品。從應用情況看，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落后，質量一致性差，在高膛壓發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，在高膛壓下發射，裝填物不壓縮，質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裝填物配方設計

通過對惰性彈應用現狀進行調研，全面掌握彈藥行業生產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、發射藥、火炮各項試驗的不同目的。根據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計。

3.2工藝過程控制

工藝流程：填料的配制→攪拌→裝填→養生。配方中的水泥為硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強度等級應不小于42.5或42.5R，并符合GB175通用硅酸鹽水泥的規定；當惰性彈用于強度試驗或溫、穩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。水的質量也要做相應的變化。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；水少，填料的粘度大，難以裝填，填料在彈體內搭橋，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)養生。水泥、膨脹珍珠巖混合物裝入彈體后，在室溫下養生28d以上，或在高溫中養生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系進行了試驗，結果如表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。在高溫中養生48h填料的抗拉強度相當于室溫養生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，發射時具有實彈的聲響、煙霧效果，等同于實彈射擊訓練。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，試驗數量超過千余發，取得了良好效果。水泥半爆彈和實彈的試驗結果極為接近，所以使用水泥裝填作為訓練用彈，安全可靠，完全能達到戰術訓練目的。

5結束語

我國在高效毀傷等領域的關鍵技術已有新突破，形成了核心技術[8]。和瀝青砂彈相比，水泥惰性彈不用燒砂和熔化瀝青，不但能節省大量焦碳和砂炕板，而且更重要的是使環境免受污染，工人免受瀝青毒氣之苦；另外，裝填瀝青砂彈易引起火災，存在安全隱患。水泥惰性彈具有安全性高、無污染、低成本等顯著優點，可廣泛應用于部隊訓練演習或內彈道性能測驗，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：北方華安工業集團有限公司技術部