97式18.4mm動(dòng)能痛塊彈外彈道性能分析

董旭丹 翟曉軍

（武警工程大學(xué)裝備運(yùn)輸系 陜西 西安 710086）

近年來(lái)，在處置拉薩“3·14”事件、新疆“7·5”事件中，公安特警及部分武警官兵都使用了97式18.4mm防暴槍。實(shí)戰(zhàn)中防暴槍配用97式18.4mm動(dòng)能痛塊彈射擊時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)近距離過(guò)度傷害；遠(yuǎn)距離散布大，威力過(guò)小的窘境，即“近距離不敢用”，“遠(yuǎn)距離打不上，打上沒(méi)作用”的問(wèn)題比較突出，這就大大限制了防暴槍彈的使用。因此需要對(duì)97式18.4mm動(dòng)能痛塊彈進(jìn)行外彈道性能分析，找出彈道性能差的原因，以便于優(yōu)化或重新設(shè)計(jì)彈形，提高初速的同時(shí)，也提高彈丸的飛行穩(wěn)定性以及存速能力，使其滿足防暴槍對(duì)非致命彈丸的外彈道性能要求。

彈丸的外彈道特性主要包括飛行穩(wěn)定性、存速能力以及射彈散布等，下面分別進(jìn)行分析。

尾翼彈在空氣中的飛行穩(wěn)定條件主要包括具有靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。靜態(tài)穩(wěn)定性由靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備量來(lái)衡量，由于飛行姿態(tài)的影響，彈丸飛行時(shí)壓力中心在不斷變化，因此一定的靜穩(wěn)定貯備量是對(duì)彈丸穩(wěn)定飛行的起碼要求，其保證彈丸不發(fā)生翻倒。目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的尾翼彈靜穩(wěn)定貯備量最佳數(shù)值約為10%～30%。97式18.4mm動(dòng)能痛塊彈屬于不旋轉(zhuǎn)的尾翼穩(wěn)定彈丸，存在一個(gè)最佳穩(wěn)定貯備量，使彈丸在全彈道上攻角較小。實(shí)際實(shí)驗(yàn)觀察得出痛塊彈丸具有靜態(tài)穩(wěn)定性，但靜穩(wěn)定貯備量較大，彈丸出槍口時(shí)會(huì)隨機(jī)性地產(chǎn)生比較大的起始擾動(dòng)，因此靜穩(wěn)定貯備量的數(shù)值需要進(jìn)一步調(diào)整，以保證痛塊彈丸具有更好的飛行穩(wěn)定性。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的要求就是彈丸在飛行過(guò)程中，章動(dòng)角的幅值要不斷減小。由外彈道學(xué)研究得出：by＋Kzz-bx-(gsinθ)/v2＞0時(shí)， 飛行比較穩(wěn)定。痛塊彈丸彈道切線傾角θ≈0°，將97式18.4mm動(dòng)能痛塊彈受力參數(shù)即by、Kzz、bx代入解算，可以得到b微大于0，則彈丸在飛行中具有動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，但由于阻尼運(yùn)動(dòng)的振幅衰減較慢，彈丸飛行穩(wěn)定性依然較差。[1]

由外彈道實(shí)驗(yàn)得出，97式18.4mm動(dòng)能痛塊彈在射擊距離80m時(shí)，彈丸的著靶速度由槍口的140m/s，衰減為不足40m/s，達(dá)不到防暴槍械設(shè)定的有效非致命打擊要求，彈丸的存速能力較差。因痛塊彈丸為亞音速飛行，所以其受到的空氣阻力主要是摩擦阻力與渦流阻力。摩擦阻力約占總阻力的35%～40%，因材料、制作工藝的局限，97式18.4mm動(dòng)能痛塊彈的橡膠彈丸制作成型后表面處理較為簡(jiǎn)單，表面光潔度較差。同時(shí)由于其彈丸特殊的外形結(jié)構(gòu)，使彈丸表面積大大超過(guò)常規(guī)外形的彈丸，這都導(dǎo)致彈丸飛行時(shí)的摩擦阻力較大。彈丸的最大橫截面有兩處，分別位于彈頭部及彈尾部，最大橫截面后的斷面變化都很急劇，痛塊彈在空氣中飛行時(shí)，彈丸中間收縮部及尾部的附面層與彈體分離，形成渦流而使壓力降低，這樣所造成的阻力就是渦流阻力，渦流阻力約占總阻力的60%～65%，影響渦流阻力的主要因素是彈尾部形狀、彈丸與氣流之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的大小、方向以及彈丸底部是否排氣等。結(jié)合目前的實(shí)際條件，痛塊彈丸如果做成流線型的底部結(jié)構(gòu)，就可以較大程度地減小渦流阻力[1][2]。

痛塊彈在30m距離時(shí)的立靶密集度為30cm×40cm，射擊更遠(yuǎn)目標(biāo)顯然不能達(dá)到要求的射彈精度，這就造成了“遠(yuǎn)距離打不上”的問(wèn)題；同時(shí)，即便能夠擊中目標(biāo)，痛塊彈丸也有可能擊中目標(biāo)的危險(xiǎn)易損傷部位，非致命打擊的安全性和有效性大打折扣。直接或間接地影響痛塊彈丸射彈散布的因素主要有以下幾個(gè)方面[2]：

（1）彈丸自身的因素。由于制造工藝等原因，不能保證每發(fā)痛塊彈丸的質(zhì)量大小完全一致。同時(shí)由人為控制的痛塊彈裝藥量、藥溫、藥形、藥室容積及燃燒條件等，也不可能完全相同，這就造成每發(fā)痛塊彈丸的槍口初速可能也會(huì)有所差別。在加工過(guò)程中，痛塊彈丸外形的對(duì)稱性、質(zhì)量分布的均勻程度都會(huì)有所差別。

（2）起始擾動(dòng)。起始擾動(dòng)是導(dǎo)致痛塊彈射彈散布過(guò)大的重要原因。它是指彈丸在出槍口過(guò)程中，由于一系列擾動(dòng)因素的影響，在出槍口瞬間，痛塊彈丸的彈軸與運(yùn)動(dòng)方向形成一個(gè)初始章動(dòng)角δ0的偏差。δ0的存在直接影響到彈丸的飛行穩(wěn)定性，從而對(duì)射彈散布產(chǎn)生較大的影響。隨機(jī)性的起始擾動(dòng)的產(chǎn)生，使痛塊彈丸在出槍口后30m距離以內(nèi)飛行時(shí)，速度及姿態(tài)都差別較大，彈丸在各種受力及力矩的作用下逐漸調(diào)整，趨于飛行穩(wěn)定。這就造成射擊距離30m時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)定痛塊彈丸的速度值出現(xiàn)一定范圍內(nèi)的隨機(jī)性波動(dòng)，影響在該距離段上動(dòng)能非致命打擊的精準(zhǔn)度。

（3）氣象條件的差別。射擊時(shí)如果出現(xiàn)陣發(fā)性的風(fēng)速、風(fēng)向等變化，對(duì)痛塊彈丸的射彈散布也會(huì)有一定的影響。

由上述外彈道分析得出，進(jìn)行彈形改進(jìn)時(shí)，重點(diǎn)解決痛塊彈丸存速能力差及射彈散布過(guò)大的問(wèn)題時(shí)可從以下方面入手[3]：

（1）改變裝藥量，改變圓弧形頭部的長(zhǎng)度，尾部做成船尾形或者底凹形，增大穩(wěn)定力矩系數(shù)及阻尼力矩系數(shù)，使痛塊彈丸具有合理的氣動(dòng)外形，提高彈丸存速能力的同時(shí)使彈丸具有較強(qiáng)的抗干擾能力，加快章動(dòng)角的衰減。

（2）適當(dāng)改變尾翼形狀，采用斜置尾翼或尾翼斜切角，使彈丸低速旋轉(zhuǎn)起來(lái)，減小彈丸外形與質(zhì)量分布的不均勻性帶來(lái)的射彈散布；同時(shí)要避免共振及馬格努斯效應(yīng)帶來(lái)的不良影響，選擇合理的轉(zhuǎn)速。

［1］浦發(fā),芮筱亭.外彈道學(xué)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1989:231-232,21-27.

［2］金達(dá)根,任國(guó)民，蘇根良.實(shí)驗(yàn)外彈道學(xué)[M].北京:兵器工業(yè)出版社,1991:12-15,117-124.

［3］劉怡昕,劉玉文.外彈道學(xué)[M].北京:海潮出版社,1998.