王震宇，陳 江，張鎮(zhèn)鋒，任 明

(重慶紅宇精密工業(yè)有限責(zé)任公司， 重慶 402760)

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一種串聯(lián)子彈隨進(jìn)故障分析研究

王震宇，陳 江，張鎮(zhèn)鋒，任 明

(重慶紅宇精密工業(yè)有限責(zé)任公司， 重慶 402760)

針對(duì)在破-侵-爆型串聯(lián)隨進(jìn)反跑道子彈試驗(yàn)中出現(xiàn)的后級(jí)子彈隨進(jìn)故障，建立后級(jí)子彈隨進(jìn)時(shí)間窗模型，并對(duì)時(shí)間窗模型中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了量化，確定了串聯(lián)隨進(jìn)基本條件以及故障原因，并針對(duì)隨進(jìn)條件對(duì)影響子彈隨進(jìn)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，在后續(xù)試驗(yàn)中成功實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)隨進(jìn)，證明了所建立的串聯(lián)隨進(jìn)模型正確。

反跑道；串聯(lián)隨進(jìn)；子彈；時(shí)間窗；匹配本文引用格式：王震宇，陳江，張鎮(zhèn)鋒，等.一種串聯(lián)子彈隨進(jìn)故障分析研究[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2017(7):42-45.

反跑道子彈是毀傷和封鎖跑道有效的武器之一[1-2]，一般要求反跑道子彈進(jìn)入跑道下方延期起爆獲得類似“隆起”毀傷效果，以提高跑道修復(fù)難度，延長(zhǎng)封控時(shí)間。破-侵-爆型子彈是一種常見的反跑道子彈類型，如英國的SG357,德國的STABO反跑道子彈均采用該作戰(zhàn)模式。隨進(jìn)技術(shù)是破-侵-爆型反跑道子彈關(guān)鍵技術(shù)之一，目前國內(nèi)對(duì)于該型串聯(lián)隨進(jìn)子彈的研究主要集中在前級(jí)起爆對(duì)后級(jí)安全性的影響以及后級(jí)隨進(jìn)速度對(duì)隨進(jìn)深度影響等方面[3,4]，而對(duì)可靠隨進(jìn)條件方面研究尚未見開展相關(guān)定量研究的報(bào)導(dǎo)，本文針對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的后級(jí)隨進(jìn)可靠性問題，對(duì)該問題進(jìn)行了分析并開展定量研究。

1 子彈作用過程

串聯(lián)隨進(jìn)子彈結(jié)構(gòu)主要由前級(jí)子彈、后級(jí)子彈、殼體、增速機(jī)構(gòu)等部分組成，主要結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 串聯(lián)隨進(jìn)子彈原理示意圖

直立型反跑道子彈落地后依靠直立機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)姿態(tài)扶正，保證藥型罩與后級(jí)子彈加速前進(jìn)方向正對(duì)跑道平面，該作戰(zhàn)模式可保證開孔與隨進(jìn)在最佳著角(90°)及炸高下進(jìn)行，因此能夠獲得較好的威力一致性。

2 故障描述

某反跑道子彈在進(jìn)行地面靜態(tài)串聯(lián)隨進(jìn)試驗(yàn)時(shí)[3]，多次出現(xiàn)后級(jí)點(diǎn)火增速正常，前級(jí)正常起爆開孔，但后級(jí)子彈(惰性)隨進(jìn)異常，后級(jí)彈體未能跟隨前級(jí)開孔侵徹到跑道內(nèi)部，而是掉落在前級(jí)大開坑附近，未能實(shí)現(xiàn)串聯(lián)隨進(jìn)功能，并且回收的后級(jí)子彈普遍出現(xiàn)后端蓋脫落以及頭部頸縮現(xiàn)象，如圖2。

圖2 試驗(yàn)時(shí)子彈拋落在坑口(上)以及回收彈體端蓋分離、頭部頸縮(下)

3 故障原因定位

子彈直立動(dòng)作完成經(jīng)過預(yù)定的延時(shí)后啟動(dòng)增速機(jī)構(gòu)，推動(dòng)后級(jí)子彈運(yùn)動(dòng)，后級(jí)子彈頭部的可潰縮探頭碰撞一級(jí)引信閉合開關(guān)啟動(dòng)前級(jí)雷管，引爆一級(jí)戰(zhàn)斗部形成射流在跑道上開孔；后級(jí)子彈沿前級(jí)預(yù)開孔進(jìn)入跑道內(nèi)部，經(jīng)過預(yù)定的延時(shí)后隨進(jìn)子彈起爆，完成毀傷機(jī)場(chǎng)跑道功能。

圖3為時(shí)間窗模型圖。子彈串聯(lián)隨進(jìn)的時(shí)間窗匹配條件模型可定義如下：

T1≥T2+T3+T4+T5

(2)

圖3 子彈串聯(lián)隨進(jìn)時(shí)間窗模型示意圖

即從后級(jí)可潰探頭接觸前級(jí)閉合起爆電路到后級(jí)本體運(yùn)動(dòng)至前級(jí)閉合開關(guān)初始位置時(shí)間T1不小于其他所有時(shí)間段之總和。

(3)

其他時(shí)間段分別定義為：

自從那件事發(fā)生以后，老福離開了刑警隊(duì)，到現(xiàn)在還沒想好去處。老福的年紀(jì)并不大，才四十出頭，看上去卻像五十多歲，那張狹長(zhǎng)的臉上布滿了淺淺的皺紋，頎長(zhǎng)的身材無論在他坐在那張轉(zhuǎn)椅里還是快步行走時(shí)都好像沒有重量。尤其是他那雙眼睛，目光持重而銳利，熟悉的人從沒覺得他年輕過。

T2為前級(jí)起爆電路從探頭接觸到閉合開關(guān)電路接通時(shí)間(s)；T3為前級(jí)雷管發(fā)火時(shí)間(s)；T4為前級(jí)裝藥完全爆轟時(shí)間(s)；T5為前級(jí)裝藥完全爆轟到后級(jí)通道完全打通時(shí)間(s)。

該時(shí)間窗模型的含義是，在后級(jí)子彈增速前沖情況下，從后級(jí)可潰探頭接觸前級(jí)閉合起爆電路到后級(jí)本體運(yùn)動(dòng)至前級(jí)閉合開關(guān)初始位置時(shí)間，必須大于前級(jí)起爆電路接觸變形導(dǎo)通時(shí)間、前級(jí)雷管完全作用時(shí)間、前級(jí)裝藥完全爆轟時(shí)間、前級(jí)殼體通道打通時(shí)間四者之和，并且兩者的差值越大越好。因此在后級(jí)初始速度一定的前提下，后級(jí)探桿越長(zhǎng)越有利(不考慮探桿長(zhǎng)度增加對(duì)速度的不利影響)；而T2、T3、T4、T5單獨(dú)及其四者之和越小越好，該模型的確定為后級(jí)子彈可靠隨進(jìn)明確了實(shí)現(xiàn)途徑。

4 模型量化分析與試驗(yàn)驗(yàn)證

反跑道串聯(lián)隨進(jìn)子彈第一輪方案試驗(yàn)時(shí)前級(jí)采用針刺雷管，其瞬發(fā)度為T3=150 μs，試驗(yàn)中后級(jí)正常增速，前級(jí)正常開坑，但后級(jí)子彈未能正常隨進(jìn)而是拋落在前級(jí)漏斗坑附近。

經(jīng)對(duì)該狀態(tài)下的時(shí)間窗模型進(jìn)行分析，考慮探頭潰縮阻力、內(nèi)彈道過程以及前級(jí)爆轟場(chǎng)產(chǎn)生的速度降的共同作用計(jì)算得到時(shí)間T1，決定T1初始速度的內(nèi)彈道曲線v-t曲線，如圖4。

圖4 決定T1初始速度的內(nèi)彈道v-t曲線

經(jīng)仿真計(jì)算及試驗(yàn)測(cè)定子彈初始速度為100 m/s，在該結(jié)構(gòu)下通過仿真計(jì)算得到在爆轟場(chǎng)作用下的速度降約為60 m/s，據(jù)此按照平均速度測(cè)算得到T1=228.6 μs；根據(jù)潰縮探頭距離及電路接觸時(shí)平均速度得到前級(jí)起爆電路壓縮、變形導(dǎo)通時(shí)間T2=14.29 μs；針刺雷管固有參數(shù)T3=150 μs；采用AUTODYN仿真計(jì)算得到時(shí)間前級(jí)裝藥完全爆轟時(shí)間T4為12.76 μs，如圖6；前級(jí)通道打通時(shí)間T5為59.87 μs[8-9]，如圖7，則時(shí)間窗模型中所有參數(shù)均為已知，其具體取值如表1。

圖5 前級(jí)仿真網(wǎng)格劃分(1/4模型)

圖6 數(shù)值仿真得到時(shí)間窗模型中T4(1/4模型)

表1 前級(jí)采用針刺雷管的時(shí)間窗模型取值 μs

由表1所示時(shí)間段的取值可見，由于針刺雷管瞬發(fā)度水平低，全作用時(shí)間T2達(dá)到了150 μs，占據(jù)了時(shí)間窗模型總時(shí)間的63%，且本身針刺雷管作用時(shí)間散布也較大，此時(shí)時(shí)間窗條件左側(cè)

T1=228.6 μs

(4)

時(shí)間窗條件右側(cè)

T2+T3+T4+T5=236.92 μs

(5)

則

T1≤T2+T3+T4+T5

(6)

該式不滿足串聯(lián)隨進(jìn)時(shí)間窗條件，導(dǎo)致后級(jí)子彈無法正常串聯(lián)隨進(jìn)。具體原因?yàn)楹蠹?jí)子彈運(yùn)動(dòng)至起爆開關(guān)初始位置時(shí)(T1=228.6)，此時(shí)前級(jí)裝藥已爆轟完畢，前級(jí)通道正在打通過程之中，由于

(T2+T3+T4=177.05)≤(T1=228.6)≤

(T2+T3+T4+T5=236.92)

(7)

則后級(jí)隨進(jìn)子彈直接撞擊在前級(jí)爆轟場(chǎng)作用下正在變形破壞過程中的前級(jí)引信、前級(jí)殼體，此外前級(jí)爆轟產(chǎn)物也會(huì)作用于后級(jí)子彈，兩者共同作用會(huì)導(dǎo)致子彈存速降低，并且由于撞擊作用隨進(jìn)子彈方向也發(fā)生偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致子彈不能沿前級(jí)預(yù)開孔侵徹隨進(jìn)，嚴(yán)重時(shí)后級(jí)子彈存速甚至可能降低至0，導(dǎo)致隨進(jìn)失敗。

在該時(shí)間窗模型下，后級(jí)子彈直接進(jìn)入前級(jí)爆轟場(chǎng)，還會(huì)導(dǎo)致后級(jí)子彈的結(jié)構(gòu)安全性與隔爆安全性大幅降低，甚至?xí)霈F(xiàn)后級(jí)子彈被前級(jí)殉爆的情況，試驗(yàn)中曾出現(xiàn)后級(jí)子彈殼體頭部頸縮，引信在強(qiáng)力擠壓作用下與彈體脫離，內(nèi)部裝填物外泄。

圖8 采用針刺雷管時(shí)后級(jí)子彈頭部頸縮故障仿真復(fù)現(xiàn)

圖9 采用瞬發(fā)雷管時(shí)后級(jí)子彈正常串聯(lián)隨進(jìn)

針對(duì)故障試驗(yàn)結(jié)果以及對(duì)第一輪試驗(yàn)的時(shí)間窗分析，確定了子彈不能正常隨進(jìn)的主要原因是時(shí)間窗實(shí)際參數(shù)不能滿足時(shí)間窗模型，具體為針刺雷管瞬發(fā)度偏低導(dǎo)致達(dá)不到串聯(lián)隨進(jìn)時(shí)間窗要求，由于T2、T4、T5取決于材料與彈體結(jié)構(gòu)，本身不具備較大幅度調(diào)節(jié)的條件，相比而言提高前級(jí)雷管瞬發(fā)度易于實(shí)現(xiàn)，因此在第二輪方案中，決定在保持原彈體基本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上換用瞬發(fā)電雷管(雷管瞬發(fā)度30us)，降低時(shí)間窗右側(cè)的總時(shí)間量值，以滿足時(shí)間窗模型，在此條件下時(shí)間窗模型參數(shù)取值如表2。

表2 前級(jí)采用瞬發(fā)電雷管的時(shí)間窗模型典型取值 μs

則時(shí)間窗條件如下式

(T1=228.6)≥(T2+T3+T4+T5=116.92)

(8)

故采用瞬發(fā)雷管滿足串聯(lián)隨進(jìn)時(shí)間窗條件，后級(jí)子彈能夠保證正常隨進(jìn)。針對(duì)該隨進(jìn)故障進(jìn)行子彈改進(jìn)后的第二輪試驗(yàn)結(jié)果如圖9，采用高瞬發(fā)度雷管后，后級(jí)增速正常，前級(jí)正常開坑，后級(jí)子彈順利隨進(jìn)并侵徹到跑道內(nèi)500 mm深度位置，滿足后級(jí)子彈起爆深度要求。

采用瞬發(fā)電雷管時(shí)，從時(shí)間窗數(shù)據(jù)分析可知后級(jí)子彈運(yùn)動(dòng)至前級(jí)起爆開關(guān)初始位置時(shí)(228.6 μs)，前級(jí)探頭接觸通電、雷管發(fā)火、前級(jí)爆轟、前級(jí)通道打開等動(dòng)作都已經(jīng)完成(116.92 μs)，且具有較大的時(shí)間余量(111.68 μs)，這表明后級(jí)子彈在前級(jí)爆轟完成與前級(jí)通道打開后，距離前級(jí)引信、前級(jí)爆轟場(chǎng)的距離還相對(duì)較遠(yuǎn)，能夠保證后級(jí)子彈具有較小的速度降與較大的隔爆距離，這對(duì)于保證后級(jí)子彈的裝藥安全性與子彈在較大的存速下正常串聯(lián)隨進(jìn)是至關(guān)重要的。

5 結(jié)論

根據(jù)以上串聯(lián)隨進(jìn)故障分析建立的時(shí)間窗匹配模型以及對(duì)子彈的改進(jìn)試驗(yàn)驗(yàn)證，可得到結(jié)論：

1) 由于采用了瞬發(fā)度較低的針刺雷管，導(dǎo)致時(shí)間窗條件不滿足而引起前期隨進(jìn)失??；

2) 通過時(shí)間窗模型分析換用高瞬發(fā)度雷管后，子彈順利串聯(lián)隨進(jìn)，驗(yàn)證了改進(jìn)模型的有效性。

3) 時(shí)間窗匹配技術(shù)是串聯(lián)隨進(jìn)子彈設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于破爆型、破破型、破穿型串聯(lián)隨進(jìn)子彈要實(shí)現(xiàn)串聯(lián)隨進(jìn)都無法回避這一問題，本研究提出的模型可供其他串聯(lián)戰(zhàn)斗部參考。

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(責(zé)任編輯 周江川)

Analysis of the Malfunction of a Tandem Follow-Through Submunition

WANG Zhenyu, CHEN Jiang, ZHANG Zhenfeng, REN Ming

(Chongqing Hongyu Precision Industry Co., Ltd., Chongqing 402760, China)

In light of the malfunction of the penetrating process of the latter stage warhead of a tandem follow-through anti-runway submuniton, this paper established the time window model of the submunition, and also the exact quantity of parameters affect the whole working process of the submunition in the model are given, and by this way, the cause of the malfunction is determined. Based on the model, the relative parameters that affect the test result most are modified. The successive penetration of the latter stage warhead of the submunition into the hole produced by the former stage shaped charge in the following tests proved the effectiveness of the model, and this model can be referenced when designing other tandem warheads.

anti-runway；tandem follow-through；submunition；time window; matching

10.11809/scbgxb2017.07.009

2017-02-27；

2017-03-25

王震宇(1976—)，男，博士，主要從事子母彈與彈藥效能評(píng)估研究。

format:WANG Zhenyu, CHEN Jiang, ZHANG Zhenfeng, et al.Analysis of the Malfunction of a Tandem Follow-Through Submunition[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(7):42-45.

TJ410.33

A

2096-2304(2017)07-0042-04