許俊杰

(中國人民解放軍第三三〇三工廠技術研究院,湖北 武漢 430063)

迫擊炮是第一次世界大戰(zhàn)期間適應塹壕戰(zhàn)而興起的火炮,在當時的陣地戰(zhàn)和以后大規(guī)模戰(zhàn)爭、局部戰(zhàn)爭中均發(fā)揮過重要作用[1].迫擊炮由于其射速快、威力大、體積小、重量輕、機動靈活等優(yōu)點,適應在山地、叢林、水網(wǎng)、城市地區(qū)作戰(zhàn),是步兵不可缺少的基本火力支援武器,在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中仍發(fā)揮著重要作用.然而在實彈射擊時,由于時間緊、射速高,炮手在疲勞和緊張的狀態(tài)下進行機械式地快速裝彈,加之戰(zhàn)場上火光沖天、爆炸聲此起彼伏,很難判斷炮膛內(nèi)的炮彈是否已射出.若由于啞彈、遲發(fā)火等原因而造成二次裝彈(重裝彈),將會很容易產(chǎn)生膛炸等嚴重事故,造成炮毀人亡.迫擊炮防重裝彈裝置的研究,就是保證實彈射擊時,第一發(fā)炮彈未出炮口,第二發(fā)炮彈將無法裝填,以確保武器和人員的安全.

1 技術現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外研究發(fā)展的迫擊炮防重裝彈裝置有三類技術方案,即光電式、電磁式、機械式[2].由于應用光電和電磁原理的迫擊炮防重裝彈裝置,在戰(zhàn)場實際使用中存在結構復雜、環(huán)境適應性差、易誤判、抗干擾能力差等缺點,影響工作的穩(wěn)定性和可靠性,限制了其進一步的應用和推廣.

機械式防重裝彈裝置最具代表性的是俄軍迫擊炮所采用的防重裝彈裝置.圖1為俄M1937式82毫米迫擊炮防重裝彈裝置,它主要由本體、螺環(huán)、半圓環(huán)、擋彈鈑、擋彈鈑軸、杠桿、扭壓彈簧和護罩等組成,結構簡單,能有效防止彈藥重裝.由于該裝置為單側(cè)單向受力,所以射擊時必然對迫擊炮彈的彈道一致性產(chǎn)生影響[2].

圖1 俄M1937式82毫米迫擊炮防重裝彈裝置

某院校設計的防重裝彈裝置采用撥叉擺臂式結構,主要由撥叉組件、擺臂組件、防松組件和機體等部分組成,對稱式配置方案[2].該裝置結構緊湊、重量輕,與炮身連接方便、可靠,基本不會對炮彈運動的正確性產(chǎn)生影響.但因配合部位較多,彈簧扭力的控制要求嚴格等,目前也尚未推廣.

鑒于以上實際技術難題,筆者設計了一種新型迫擊炮防重裝彈裝置,采用凸輪—連桿結構原理.

2 結構組成和原理

該迫擊炮防重裝彈裝置主要由基座、半圓楔塊、固定螺套、阻彈鈑、滾輪、凸輪軸、拉動彈簧、連桿、撥動頭組件、軸、銷軸等組成.基座是該裝置的基礎單元,它靠半圓楔塊和固定螺套與迫擊炮炮管進行可靠連接,并為其他功能部件提供安裝位置和基準.阻彈鈑的開啟和閉合能夠有效實現(xiàn)炮彈的裝填和防重裝彈,它通過軸與滾輪連接,在拉動彈簧的作用下,沿凸輪軸外廓線運動.阻彈鈑和撥動頭均通過銷軸與連桿連接,從而實現(xiàn)二者的聯(lián)動功能,從而構成可往復操作的凸輪—連桿防重裝彈裝置(圖2).裝置在阻彈鈑開啟狀態(tài)下,由撥動頭與基座接觸進行限位,凸輪軸上同時限位;在阻彈鈑閉合狀態(tài)下,自行與基座接觸進行限位,動作連貫、可靠,由于采用對稱式配置,也不影響炮彈運動的正確性.迫擊炮防重裝彈裝置的設計重點是凸輪軸的形狀及尺寸、撥動頭組件等.

圖2 凸輪—連桿防重裝彈裝置機構原理示意圖

凸輪軸,凸輪廓線形狀及參數(shù)如圖3所示,其中圖3a為偏心結構,圖3b為渦線結構,偏心結構較容易加工,而渦線結構自動回位效果更好,可根據(jù)系統(tǒng)具體參數(shù)選定.

撥動頭組件由撥動頭和撥動支架、彈簧等組成,撥動頭相對撥動支架只能向上單方向轉(zhuǎn)動,并在彈簧力的作用下復位,確保迫擊炮彈在射出過程中,撥動頭與迫擊炮彈尾翼無卡滯,彈簧力不易過大.另外在迫擊炮彈裝填時,撥動頭前端形狀應能可靠避讓炮彈尾翼齒,避免因炮彈尾翼齒與撥動頭間產(chǎn)生較大正壓力使阻彈鈑提前閉合.

圖3 凸輪軸凸輪廓線形狀及參數(shù)

3 運動過程描述

炮彈裝填過程(此過程阻彈鈑由開啟狀態(tài)變?yōu)殚]合狀態(tài),防止重裝彈):迫擊炮炮膛內(nèi)無炮彈進行裝填前,位于防重裝彈裝置上部的阻彈鈑處于開啟狀態(tài),此時下部撥動頭組件的撥動頭向基座內(nèi)突出,迫擊炮彈裝填時,炮彈下部的圓錐面接觸撥動頭,進而下壓,撥動頭組件向下轉(zhuǎn)動,通過連桿帶動阻彈鈑向下轉(zhuǎn)動,當阻彈鈑帶動滾輪旋轉(zhuǎn)通過凸輪軸半徑R的圓弧段(最大徑段)后,阻彈鈑將在拉動彈簧的作用下自動向下轉(zhuǎn)動至閉合狀態(tài),并同時通過連桿帶動撥動頭組件繼續(xù)向下轉(zhuǎn)動,從而使撥動頭前端從基座內(nèi)部完全縮回.此時由于阻彈鈑閉合,在炮膛內(nèi)炮彈未成功發(fā)射出去之前,第二發(fā)炮彈將無法裝填.

炮彈發(fā)射過程(此過程阻彈鈑由閉合狀態(tài)變?yōu)殚_啟狀態(tài),能夠裝填炮彈):炮彈自炮膛內(nèi)部射出時,阻彈鈑被沖開向上轉(zhuǎn)動,并同時通過連桿帶動撥動頭組件向上轉(zhuǎn)動,當阻彈鈑在沖擊力和拉動彈簧力的作用下,轉(zhuǎn)動到位后,將受拉動彈簧力的作用而保持在開啟狀態(tài),此時撥動頭組件的撥動頭向基座內(nèi)突出,可以進行下一發(fā)炮彈裝填.

該迫擊炮防重裝彈裝置在炮彈裝填過程和炮彈發(fā)射過程中,只要根據(jù)炮彈的外形選擇合適的中心距尺寸,加上撥動頭組件的撥動頭可向上單方向旋轉(zhuǎn),裝置不會發(fā)生任何卡滯現(xiàn)象.

4 技術性能分析

4.1 發(fā)火可靠性分析

由于迫擊炮加裝防重裝彈裝置后,相當于將炮管加長了一部分,且該迫擊炮防重裝彈裝置與某院校設計的撥叉擺臂式結構相比,基座稍長,撥動頭在炮管上方,且阻力更小,因此不會影響炮彈下滑到膛底的速度,滿足迫擊炮發(fā)火可靠性要求.

迫擊炮彈下滑到膛底的速度

其中:μ為特定系數(shù);Δ為彈炮的直徑間隙;r為火炮半徑;ρ0為大氣密度;θ0為射角;f為摩擦系數(shù);m為炮彈質(zhì)量;g為重力加速度.

4.2 彈道一致性分析

迫擊炮彈在膛內(nèi)發(fā)射過程中,存在著許多不均衡的因素,如:質(zhì)量偏心,彈軸與炮膛軸不重合,火藥氣體壓力偏心,火藥氣體的不均衡外泄等.這些不均衡因素使得迫擊炮彈在膛內(nèi)定心突起部為支點的擺動,由于擺動是隨機的,將使迫擊炮彈的散布增大[3].該迫擊炮防重裝彈裝置的阻彈鈑和撥動頭組件均是對稱配置的,且相對于火藥氣體的壓力而言,阻力非常小,作用時間又很短,因此不會影響炮彈的彈道一致性.

5 結論

由于迫擊炮炮彈彈翼處外徑尺寸與炮彈中部最大徑尺寸一致,使得迫擊炮防重裝彈裝置的結構設計技術難度大.本文所述的迫擊炮防重裝彈裝置既能可靠防止迫擊炮彈的重裝,又不會在炮彈正常裝填和發(fā)射過程中產(chǎn)生卡滯.能夠往復操作,使用壽命長,且能夠方便快捷地安裝在炮管前端,牢固無松脫;能在沖擊、震動、雨雪等惡劣條件下使用,不受任何電磁干擾的影響.

[1]王學楨.淺談迫擊炮的現(xiàn)狀和未來[J].兵工標準化,1999(4):25-27.

[2]王衛(wèi)民,劉秋生.迫擊炮防重裝裝置研究[J].軍械工程學院學報,2008(5):34-37.

[3]魏惠之,朱鶴松,汪東暉,等.彈丸設計理論[M].北京:國防工業(yè)出版社,1985:177-184.