夏 杰,郭 旭,羅熙斌,陳志堅(jiān)

(1 中國(guó)華陰兵器試驗(yàn)中心,陜西華陰 714200;2 火箭軍駐7103廠軍事代表室,西安 710100;3 解放軍邊防學(xué)院,西安 710108)

某單兵攻堅(jiān)彈長(zhǎng)貯失效的原因分析及驗(yàn)證*

夏 杰1,郭 旭2,羅熙斌1,陳志堅(jiān)3

(1 中國(guó)華陰兵器試驗(yàn)中心,陜西華陰 714200;2 火箭軍駐7103廠軍事代表室,西安 710100;3 解放軍邊防學(xué)院,西安 710108)

針對(duì)某單兵攻堅(jiān)彈初速異常降低的問題,在原因分析的基礎(chǔ)上,采取了針對(duì)性措施,并通過加速老化試驗(yàn)進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明,初速異常降低的問題的確是由發(fā)射藥盒及裝藥搭配不合理造成的長(zhǎng)貯失效引起的,采取的措施也是有效可行的,并對(duì)今后彈藥長(zhǎng)貯性能的考核提出了針對(duì)性建議。

發(fā)射藥;藥盒;長(zhǎng)貯失效

0 引言

某單兵攻堅(jiān)彈經(jīng)4a自然貯存后,在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)初速異常降低(比正常值低25 m/s左右),導(dǎo)致彈丸在靶前不同距離處落地。得知此情況后,針對(duì)故障現(xiàn)象,開展了大量的分析研究工作,查清了故障原因,完善了產(chǎn)品設(shè)計(jì),并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,有效的解決了產(chǎn)品長(zhǎng)貯后初速異常降低的問題。

1 異常情況回顧

該單兵攻堅(jiān)彈試驗(yàn)所用彈藥為2009年生產(chǎn),在國(guó)庫(kù)存放4a。在進(jìn)行200 m立靶密集度試驗(yàn)時(shí),共射擊常溫彈5發(fā),高、低溫彈各2發(fā),均在立靶前不同距離處落地。從測(cè)得的初速來看,常、高、低溫3種溫度的彈藥初速普遍偏低(該彈常、高、低溫的理論初速分別為173 m/s、178 m/s、168 m/s,實(shí)際測(cè)試平均初速分別為148 m/s、154 m/s、149 m/s),常溫初速尤為明顯,比圖定初速值偏低約15%。

2 故障原因分析

影響單兵攻堅(jiān)彈長(zhǎng)貯后初速異常的原因較多,從該彈的結(jié)構(gòu)與作用原理來看,主要有3個(gè)方面的影響因素:點(diǎn)火裝置、發(fā)射藥及藥盒,其相關(guān)因素分析如圖1所示[1]。

圖1 初速異常分析框圖

2.1 點(diǎn)火裝置

該彈的點(diǎn)火裝置主要由中心傳火管及點(diǎn)火藥組成,發(fā)射時(shí),擊針撞擊火帽發(fā)火,火焰通過傳火管引燃點(diǎn)火藥,點(diǎn)火藥燃燒形成一定壓力的火焰后再點(diǎn)燃發(fā)射藥。如果點(diǎn)火壓力過低,就會(huì)造成發(fā)射藥燃速過慢,在其他條件不變的情況下,就會(huì)導(dǎo)致初速降低。

通過分解該批次彈藥對(duì)點(diǎn)火管進(jìn)行了靜態(tài)點(diǎn)火試驗(yàn)和測(cè)試,發(fā)現(xiàn)點(diǎn)火壓力正常,所以有理由排除是點(diǎn)火壓力不足引起的初速降低。

2.2 發(fā)射藥

2.2.1 藥量不足

該彈的發(fā)射藥為雙苯發(fā)射藥(SBe-18),是在雙迫發(fā)射藥(S-11)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成。經(jīng)查,該發(fā)射藥在科研階段進(jìn)行過加速老化試驗(yàn),就發(fā)射藥本身而言,其理化性能是穩(wěn)定的,能夠長(zhǎng)期貯存,但與發(fā)射藥盒一起貯存4a后其內(nèi)彈道性能發(fā)生明顯變化,造成初速異常降低。經(jīng)對(duì)該批彈藥發(fā)射藥抽樣稱重后,發(fā)現(xiàn)藥量普遍減少約1.24 g,再查,該批次彈藥出廠時(shí)裝藥量是符合圖定要求的。由于貯存后發(fā)射藥減少,直接導(dǎo)致了內(nèi)彈道性能異常,但具體是什么原因引起藥量減少,還須進(jìn)行進(jìn)一步分析。

2.2.2 裝藥缺陷

該彈的發(fā)射藥是裝在由賽璐珞片制成的藥盒中,賽璐珞片的主要成分為硝化棉和樟腦,通常用于制作點(diǎn)火藥盒,內(nèi)裝黑火藥,在國(guó)內(nèi)多種型號(hào)的火箭彈上大量使用。長(zhǎng)期的貯存實(shí)踐證明,它是一種長(zhǎng)壽命產(chǎn)品,但用該材料制成藥盒裝雙基發(fā)射藥在國(guó)內(nèi)尚屬首次,且未做過加速老化試驗(yàn),初步判斷造成初速異常降低是兩種材料結(jié)合在一起共同作用的結(jié)果。從進(jìn)一步的理化試驗(yàn)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),發(fā)射藥組分中的硝化甘油減少了3.02%,硝化棉含量增加1.6%,并且多出了樟腦這一組分(1.43%),這些組分變化的結(jié)果必然導(dǎo)致發(fā)射藥爆熱降低(實(shí)驗(yàn)結(jié)果比理論值降低322.5 J/g),進(jìn)而引起初速降低[2]。由此看來,兩種材料結(jié)合在一起使用才造成了長(zhǎng)貯失效,說明此種裝藥結(jié)構(gòu)存在明顯的缺陷,不利于長(zhǎng)期貯存。

2.3 藥盒材料選擇不合理

由前面的分析可知,該發(fā)射藥藥盒由賽璐珞片制成,在各種火箭彈中作為點(diǎn)火具內(nèi)裝黑火藥大量使用且能長(zhǎng)期貯存,而在該彈中,作為雙基發(fā)射藥的藥盒使用,造成兩種材料物理不相容。這是因?yàn)镾Be-18發(fā)射藥是一種典型的雙基發(fā)射藥,硝化棉和硝化甘油是其主要組分,兩者共同組成含能材料作為動(dòng)力能源,與賽璐珞片制成的藥盒一起使用時(shí),大量硝化甘油的析出使發(fā)射藥爆熱大大降低,而發(fā)射藥盒又由硝化棉和樟腦組成,樟腦作為一種阻燃劑,在貯存過程中,滲入到發(fā)射藥中起到阻燃作用,進(jìn)而造成初速降低。從根本上說初速降低就是兩種材料在設(shè)計(jì)時(shí)搭配不合理而造成的。

3 采取的措施

由前面的分析可知,某單兵攻堅(jiān)彈初速異常降低主要是由長(zhǎng)貯后藥量不足、裝藥缺陷、藥盒材料選擇不合理幾個(gè)因素造成,這些因素之間互有關(guān)聯(lián),但其根本原因主要就是發(fā)射藥盒材料在設(shè)計(jì)時(shí)選擇不當(dāng)造成的。為此,必然想到從改進(jìn)藥盒材料入手來解決這一問題,經(jīng)反復(fù)論證、分析和借鑒課題“彈藥/引信長(zhǎng)貯性能試驗(yàn)技術(shù)研究”成果[3],從多種材料中選擇了中性牛皮紙作為發(fā)射藥盒材料,并按相關(guān)工藝和要求制成了發(fā)射藥盒與發(fā)射藥一起進(jìn)行了相關(guān)長(zhǎng)貯驗(yàn)證試驗(yàn)。

圖2 加速老化后外觀檢查

4 驗(yàn)證試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)原理及方案

選用符合規(guī)格的彈用中性牛皮紙按原發(fā)射藥盒技術(shù)要求、工藝及尺寸制作了63套發(fā)射藥盒,在強(qiáng)度滿足要求后,作為發(fā)射藥裝藥載體備用。

對(duì)新制作的牛皮紙藥盒裝入發(fā)射藥進(jìn)行高溫加速老化試驗(yàn),用阿倫尼斯(Arrhenius)方程[4]預(yù)估試驗(yàn)時(shí)間,采用定時(shí)截尾恒定應(yīng)力方法進(jìn)行。將新發(fā)射藥盒試件分成3組(5件、29件、29件),以70 ℃溫度進(jìn)行加速老化試驗(yàn),分別在13d、26d、41d取出5件試樣進(jìn)行外觀檢查和減重稱量,同時(shí)投入10件原賽璐珞藥盒及裝藥試件,分別于13d、26d各取出5件進(jìn)行外觀檢查和減重稱重[5]。并對(duì)新發(fā)射藥盒于26d、41d取出24件裝入彈體內(nèi)進(jìn)行內(nèi)彈道性能試驗(yàn)。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

如圖2所示,新發(fā)射藥盒及裝藥經(jīng)13d、26d、41d后外觀無異常,而原賽璐珞藥盒及裝藥經(jīng)13d后外觀及形狀明顯變形,26d后變形更加嚴(yán)重。兩種藥盒及發(fā)射藥稱重結(jié)果如表1～表2,從表中數(shù)據(jù)看,新發(fā)射藥盒及裝藥經(jīng)41d老化后減重為1.7%(參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),減重小于2%為合格),而老藥盒經(jīng)26d后減重為4.9%,顯然不滿足要求。

對(duì)加速試驗(yàn)后的新發(fā)射藥盒裝入彈體內(nèi)進(jìn)行了內(nèi)彈道性能試驗(yàn),41d后初速及其或然誤差分別為172.8 m/s和1.28 m/s(指標(biāo)要求分別為173 m/s和2 m/s),符合要求。而經(jīng)41d加速老化后在內(nèi)彈道指標(biāo)滿足要求的情況下,通過阿倫尼斯(Arrhenius)方程預(yù)估對(duì)應(yīng)的貯存年限為15.8a,滿足長(zhǎng)貯15a的要求。

表1 裝藥稱重結(jié)果(藥盒材料為中性牛皮紙)

表2 裝藥稱重結(jié)果(藥盒材料為賽璐珞)

5 結(jié)論

1)新發(fā)射藥盒及其裝藥經(jīng)加速老化后內(nèi)彈道性能(初速及其或然誤差)能夠滿足戰(zhàn)技指標(biāo)要求,且一致性很好,說明采用中性牛皮紙藥盒替代原賽璐珞藥盒的措施是有效可行的;

2)而原賽璐珞藥盒及裝藥加速老化13d的減重和內(nèi)彈道射擊試驗(yàn)結(jié)果與此前出現(xiàn)問題的試驗(yàn)結(jié)果相吻合,在說明失效機(jī)理分析正確性的同時(shí),也證明了加速老化試驗(yàn)結(jié)果的可靠性與可信性;

3)長(zhǎng)期以來,彈藥/引信產(chǎn)品對(duì)于長(zhǎng)貯性能的考核只停留在理論分析和預(yù)估層面上,從攻堅(jiān)彈長(zhǎng)貯失效來看,這種分析評(píng)估方法存在著很大的不確定性,我們要吸取本次長(zhǎng)貯性能失效問題的教訓(xùn),在今后彈藥/引信設(shè)計(jì)中,只要是未經(jīng)證明相容的兩種材料在一起使用,即使這兩種材料本身都具有長(zhǎng)貯性,甚至材料基本相似,都必須進(jìn)行加速老化等長(zhǎng)貯性能驗(yàn)證;

4)前期我們開展了彈藥長(zhǎng)貯性能的試驗(yàn)技術(shù)研究,積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)和技術(shù),其研究成果也在部分產(chǎn)品中得到了應(yīng)用,我們要在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)產(chǎn)品長(zhǎng)貯特性的研究,形成相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),盡早開展長(zhǎng)貯性能的量化考核。

[1] 李進(jìn)賢. 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性 [M]. 西安: 西北工業(yè)大學(xué)出版社, 2000: 140-149.

[2] 陶春虎, 劉高遠(yuǎn), 恩云飛, 等. 軍工產(chǎn)品失效分析技術(shù)手冊(cè) [M]. 北京: 國(guó)防出版社, 2009: 850-855.

[3] 邱有成, 李治三, 紀(jì)永祥, 等. 彈藥/引信長(zhǎng)貯性能試驗(yàn)技術(shù)研究 [R]. 華陰: 中國(guó)華陰兵器試驗(yàn)中心, 2014: 165-171.

[4] 王凱民, 張學(xué)舜. 火工品工程設(shè)計(jì)與試驗(yàn) [M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2010: 273-276.

[5] 李勁松. 火工品試驗(yàn)方法71 ℃試驗(yàn)法: GJB 736.8—1990 [S]. 北京: 機(jī)械電子工業(yè)部, 1990.

Analyses and Validation of Long-time Storage Failure About Some Assault-fortification Rocket

XIA Jie1,GUO Xu2,LUO Xibin1,CHEN Zhijian3

(1 Huayin Ordnance Test Center of China, Shaanxi Huayin 714200, China; 2 Military Representative Office of Rocket Force in No.7103 Factory, Xi’an 710100, China; 3 Frontier Defence Academy of PLA, Xi’an 710108, China)

In view of abnormal initial velocity decrease for some assault-fortification rocket, based on reason analysis targeted measures were adopted, and corresponding experimental verification was carried out through accelerated aging test. Verification results show that abnormal initial velocity decrease is caused by unreasonable collocation of launching-powder with its container, the measure we take is feasible and effective and some suggestions are put forward for future ammunition long-time storage assessment.

launching-powder; launching-powder container; long-time storage failure

2016-04-07

夏杰(1985-),男,湖北十堰人,工程師,碩士,研究方向:火箭試驗(yàn)鑒定。

TJ714

A