楊毓平

（普洱軍分區(qū)墨江縣人民武裝部 云南 墨江 654800）

現(xiàn)代火炮技術(shù)研究的重點(diǎn)技術(shù)之一就是要提高火炮系統(tǒng)的射頻。將高新技術(shù)應(yīng)用于武器系統(tǒng)的研發(fā)，提高武器戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，是武器發(fā)展的必然趨勢。 本文將在相關(guān)原理和技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，給出超高射頻武器系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的兩套設(shè)計(jì)方案。

1 引言

早在20 世紀(jì)末， 在澳大利亞亮相的金屬風(fēng)暴武器發(fā)射系統(tǒng)以其超高射頻被堪稱是一種革命性發(fā)射技術(shù)。 超高射頻武器的出現(xiàn)，突破了傳統(tǒng)武器結(jié)構(gòu)的概念，實(shí)現(xiàn)了遲滯已久的從傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)向新概念結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。 超高射頻武器的典型代表“金屬風(fēng)暴”武器系統(tǒng)，仍使用常規(guī)發(fā)射藥， 但其結(jié)構(gòu)和原理則與傳統(tǒng)的機(jī)械式武器系統(tǒng)有著本質(zhì)的區(qū)別，單就發(fā)射本身而言，它既沒有活動(dòng)的零部件，無供彈和拋殼機(jī)構(gòu)，也無開、閉鎖裝置，其主要機(jī)械部件僅是一個(gè)能夠容納多發(fā)彈丸及裝藥的身管。這種新型速射武器實(shí)現(xiàn)了超高頻發(fā)射、變射速發(fā)射、齊射發(fā)射，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的“機(jī)械式”發(fā)射到“電子式”發(fā)射，變頻發(fā)射范圍廣。

受傳統(tǒng)發(fā)射方式的限制，常規(guī)武器的單管最高射速一般難以突破2000 r／min。 而超高射頻武器，以其獨(dú)特的電子彈道發(fā)射技術(shù)，在單個(gè)槍管內(nèi)串聯(lián)放置多個(gè)彈頭，通過電子脈沖點(diǎn)火連續(xù)不斷地將彈丸從槍管內(nèi)“推”出，實(shí)現(xiàn)了單管60000 r／min 的超高射速，軍事實(shí)用性強(qiáng)，受到了國內(nèi)外武器專家和研究者的高度關(guān)注。

2 基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 超高射頻武器系統(tǒng)的基本原理

超高射頻武器系統(tǒng)身管中的每節(jié)發(fā)射藥都對(duì)應(yīng)設(shè)置有電子脈沖點(diǎn)火節(jié)點(diǎn)，電子控制裝置用來控制各槍管的發(fā)射順序及同一身管中各發(fā)射藥的點(diǎn)火間隔時(shí)間。 發(fā)射時(shí)，通過處理器控制設(shè)置在身管中的電子脈沖點(diǎn)火節(jié)點(diǎn)，可靠地點(diǎn)燃排列在武器身管中最前面一發(fā)彈丸的發(fā)射藥，發(fā)射藥瞬間燃燒產(chǎn)生的強(qiáng)大的火藥燃?xì)鈮毫ν苿?dòng)前面的彈丸沿身管加速運(yùn)動(dòng)并飛出膛口。后面的一發(fā)彈丸頭部在第一發(fā)彈丸發(fā)射藥燃燒氣體的高溫作用下產(chǎn)生一定的膨脹， 與內(nèi)壁形成一定程度的擠壓，同時(shí)，通過設(shè)置密封裝置，有效防止燃?xì)夂笮惯M(jìn)而引燃后發(fā)彈發(fā)射藥，造成失控發(fā)射；通過設(shè)置定位裝置，確保每發(fā)彈丸在身管中的精確定位。

當(dāng)點(diǎn)火控制裝置發(fā)出指令，點(diǎn)燃下一發(fā)彈的發(fā)射藥后，第二發(fā)彈丸才會(huì)被發(fā)射出去，其它彈丸則繼續(xù)保持被鎖定狀態(tài)。依此程序，每發(fā)彈丸順序從身管中發(fā)射出去。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可以多管并聯(lián)使用，適用于支援和保護(hù)作戰(zhàn)部隊(duì)，以及大型艦船、重要設(shè)施、重點(diǎn)區(qū)域的防空、反導(dǎo)武器系統(tǒng)，作為面壓制及拒止武器使用將更能發(fā)揮和體現(xiàn)出其超凡的優(yōu)越性。

對(duì)于該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別是較為詳細(xì)的設(shè)計(jì)，難以從一般的資料中查到。 金屬風(fēng)暴公司發(fā)明專利中列出了一些基本的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括縱向排列于槍管組件中的定向彈頭及裝藥設(shè)計(jì)，用于預(yù)定區(qū)域防御的可裝多個(gè)射彈的一管或多管炮的設(shè)計(jì)等。國內(nèi)學(xué)者對(duì)于超高射頻武器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)大多為貫序裝藥方式，設(shè)計(jì)了側(cè)裝藥金屬風(fēng)暴武器系統(tǒng)及發(fā)射裝置，各發(fā)彈的藥室位于身管的側(cè)面；還有些學(xué)者基于串聯(lián)預(yù)裝填發(fā)射原理，設(shè)計(jì)了具有四條支撐腿的超高射頻武器系統(tǒng)的彈丸結(jié)構(gòu)、裝藥結(jié)構(gòu)等，并對(duì)其結(jié)構(gòu)合理性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2.2 基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)本人對(duì)“金屬風(fēng)暴”武器發(fā)射系統(tǒng)的一些認(rèn)識(shí)和研究，結(jié)合超高射頻武器系統(tǒng)的基本工作原理和特點(diǎn)，本人初步設(shè)計(jì)了兩種結(jié)構(gòu)方案。

方案一：

該方案中的武器發(fā)射系統(tǒng)由身管、一組在身管內(nèi)軸向排列的射彈及發(fā)射藥組成。 彈丸與彈丸之間由裝藥隔開。 每發(fā)彈丸彈頭部與尾部之間的彈體上套有密封裝置， 用來與套筒內(nèi)壁凹進(jìn)部形成工作密封。方案一系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)示意圖（如圖1 所示）。

圖1 方案一系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)示意圖

系統(tǒng)中的點(diǎn)火引發(fā)裝置末端設(shè)有一固定在彈簧上的觸點(diǎn)，此觸點(diǎn)可以隨彈簧縮回，當(dāng)裝藥裝填至觸點(diǎn)位置時(shí)，觸點(diǎn)隨彈簧縮回，使得裝藥能夠順利裝填到相應(yīng)位置， 同時(shí)點(diǎn)火觸點(diǎn)在彈簧作用下緊貼裝藥。這樣，保證了外部電點(diǎn)火控制裝置的可靠工作。

密封裝置是一個(gè)比身管和彈丸部分材料更易變形的環(huán)套，密封環(huán)套捏合后環(huán)繞于彈體周邊。 在發(fā)射時(shí)，高溫高壓火藥燃?xì)庠谕七M(jìn)前一發(fā)彈丸向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，也作用于后一發(fā)彈丸，使之向后運(yùn)動(dòng)或有向后運(yùn)動(dòng)的趨勢。 此時(shí)，高溫下后發(fā)彈丸頭部會(huì)受熱膨脹，與管內(nèi)壁緊貼，膨脹的彈丸前部可起到一定的密封和固定彈丸位置的作用。同時(shí)，由于彈丸（其結(jié)構(gòu)前端直徑大于后端）向后運(yùn)動(dòng)（或有運(yùn)動(dòng)的趨勢），將套于其彈體上的密封環(huán)套“撐”開，并有向后運(yùn)動(dòng)的趨勢，密封環(huán)套就會(huì)牢牢緊貼于套筒內(nèi)壁凹進(jìn)部分，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高溫高壓燃?xì)獾母艚^和密封，同時(shí)限制了彈丸的向后運(yùn)動(dòng)，保證了彈丸位置固定。

此方案中由于套筒和密封環(huán)套的特殊性，套筒設(shè)計(jì)為沿軸向剖開的兩個(gè)“半圓筒”（如圖2 所示）。

圖2 最后一發(fā)彈在膛中的位置

裝填時(shí)將彈丸和裝藥依次嵌入一半套筒內(nèi)，然后將另一半套筒蓋上，最后將排列好彈藥的整個(gè)套筒由后往前插入身管，完成彈藥裝填。最后一發(fā)彈丸后面不再裝填發(fā)射藥，其底部剛好與外部固定裝置相接觸，起到定位作用。

方案二：

圖3 方案二系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)示意圖

超高射頻武器系統(tǒng)彈丸的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下基本要求：彈丸與彈丸之間、彈丸與身管之間能夠緊密配合；彈丸與彈丸之間，應(yīng)留有足夠的藥室空間；密封性能良好，保證前面一發(fā)彈丸藥室的高溫高壓火藥氣體不泄漏或是傳遞到后一發(fā)彈丸的藥室，引起自燃；彈丸尾部定位裝置有足夠的強(qiáng)度，確保在高膛壓重復(fù)沖擊作用下保持不變形，進(jìn)而保證彈丸位置固定；彈頭表面有一定弧度，以減小彈的飛行阻力，提高彈丸飛行質(zhì)量。 根據(jù)上述要求，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)的第二套方案，系統(tǒng)示意圖（如圖3 所示）。

圖4 假彈及其身管底部示意圖

此方案簡化了彈丸結(jié)構(gòu)，彈丸尾部為支撐腿，每發(fā)彈丸的前端弧形彈頭正好頂在前面一發(fā)彈丸尾部，發(fā)射藥為圓環(huán)形，套在彈丸的圓柱形尾翼上。根據(jù)初速和膛壓的要求，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)闹瓮瘸叽?，在保證足夠的藥室空間的同時(shí)要保證彈腿有足夠的強(qiáng)度。 發(fā)射時(shí)，隨著火藥的點(diǎn)燃，產(chǎn)生的高溫高壓火藥燃?xì)鈮毫ν苿?dòng)前面的彈丸向膛口方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)反作用力傳遞給后一發(fā)彈的支撐腿，每發(fā)射一發(fā)彈，還留在膛內(nèi)的彈丸就經(jīng)歷一次沖擊，越靠后的彈丸，其支撐腿受到?jīng)_擊的次數(shù)越多，如果在這種力的反復(fù)沖擊作用下，支撐腿變形，那么彈丸就會(huì)改變?cè)趶椡仓械奈恢?，?dǎo)致火藥與點(diǎn)火裝置錯(cuò)位，產(chǎn)生不發(fā)火現(xiàn)象，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)射可靠性。 密封裝置為兩道嵌入彈丸頭部的圓環(huán)，材料與方案一密封材料相同， 在裝填時(shí)與身管內(nèi)壁形成過盈配合，設(shè)置兩道密封是為了更好地保證對(duì)前發(fā)彈發(fā)射藥高溫氣體的隔絕，同時(shí)有利于彈丸在膛內(nèi)定位。

此方案中彈藥的裝填方向?yàn)橛汕跋蚝笠来窝b填。在身管的尾部設(shè)計(jì)有一與彈頭弧形部形狀一致的“假彈”，其作用是支撐定位及保證藥室空間的一致性。

3 結(jié)語

本人基于對(duì)“金屬風(fēng)暴”武器發(fā)射系統(tǒng)及超高射頻武器技術(shù)的學(xué)習(xí)和研究，構(gòu)思了超高射頻系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的兩套初步設(shè)計(jì)方案。 方案一中系統(tǒng)的彈丸間由裝藥隔開，每發(fā)彈丸彈頭尾間的彈體上套有密封裝置，套筒設(shè)計(jì)為沿軸向剖開的兩個(gè)“半圓筒”，起到良好的定位作用；方案二中簡化了彈丸結(jié)構(gòu)，彈丸尾部為支撐腿，每發(fā)彈丸前端弧形彈頭正好頂在前發(fā)彈丸尾部，發(fā)射藥為圓環(huán)形，套在彈丸的圓柱形尾翼上，在身管的尾部設(shè)計(jì)有一與彈頭弧形部形狀一致的“假彈”，其作用是支撐定位及保證藥室空間的一致性。以上兩種方案還只是筆者的初步構(gòu)思，還需在后期作進(jìn)一步地細(xì)致深入地研究。

［1］楊毓平.超高射頻武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)值計(jì)算[D].南京:南京理工大學(xué),2010.

［2］季新源,袁亞雄,張小兵,等.超高射頻武器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析[J].兵工學(xué)報(bào),2007,(28)8:1022-1024.