某單兵攻堅彈長貯失效的原因分析及驗證*

夏 杰,郭 旭,羅熙斌,陳志堅

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

某單兵攻堅彈長貯失效的原因分析及驗證*

夏 杰1,郭 旭2,羅熙斌1,陳志堅3

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

針對某單兵攻堅彈初速異常降低的問題,在原因分析的基礎上,采取了針對性措施,并通過加速老化試驗進行了相應的試驗驗證。驗證結果表明,初速異常降低的問題的確是由發射藥盒及裝藥搭配不合理造成的長貯失效引起的,采取的措施也是有效可行的,并對今后彈藥長貯性能的考核提出了針對性建議。

發射藥;藥盒;長貯失效

0 引言

某單兵攻堅彈經4a自然貯存后,在試驗過程中出現初速異常降低(比正常值低25 m/s左右),導致彈丸在靶前不同距離處落地。得知此情況后,針對故障現象,開展了大量的分析研究工作,查清了故障原因,完善了產品設計,并進行了試驗驗證,有效的解決了產品長貯后初速異常降低的問題。

1 異常情況回顧

該單兵攻堅彈試驗所用彈藥為2009年生產,在國庫存放4a。在進行200 m立靶密集度試驗時,共射擊常溫彈5發,高、低溫彈各2發,均在立靶前不同距離處落地。從測得的初速來看,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,實際測試平均初速分別為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

影響單兵攻堅彈長貯后初速異常的原因較多,從該彈的結構與作用原理來看,主要有3個方面的影響因素:點火裝置、發射藥及藥盒,其相關因素分析如圖1所示[1]。

圖1 初速異常分析框圖

2.1 點火裝置

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

通過分解該批次彈藥對點火管進行了靜態點火試驗和測試,發現點火壓力正常,所以有理由排除是點火壓力不足引起的初速降低。

2.2 發射藥

2.2.1 藥量不足

該彈的發射藥為雙苯發射藥(SBe-18),是在雙迫發射藥(S-11)的基礎上改進而成。經查,該發射藥在科研階段進行過加速老化試驗,就發射藥本身而言,其理化性能是穩定的,能夠長期貯存,但與發射藥盒一起貯存4a后其內彈道性能發生明顯變化,造成初速異常降低。經對該批彈藥發射藥抽樣稱重后,發現藥量普遍減少約1.24 g,再查,該批次彈藥出廠時裝藥量是符合圖定要求的。由于貯存后發射藥減少,直接導致了內彈道性能異常,但具體是什么原因引起藥量減少,還須進行進一步分析。

2.2.2 裝藥缺陷

該彈的發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,通常用于制作點火藥盒,內裝黑火藥,在國內多種型號的火箭彈上大量使用。長期的貯存實踐證明,它是一種長壽命產品,但用該材料制成藥盒裝雙基發射藥在國內尚屬首次,且未做過加速老化試驗,初步判斷造成初速異常降低是兩種材料結合在一起共同作用的結果。從進一步的理化試驗分析結果發現,發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%),這些組分變化的結果必然導致發射藥爆熱降低(實驗結果比理論值降低322.5 J/g),進而引起初速降低[2]。由此看來,兩種材料結合在一起使用才造成了長貯失效,說明此種裝藥結構存在明顯的缺陷,不利于長期貯存。

2.3 藥盒材料選擇不合理

由前面的分析可知,該發射藥藥盒由賽璐珞片制成,在各種火箭彈中作為點火具內裝黑火藥大量使用且能長期貯存,而在該彈中,作為雙基發射藥的藥盒使用,造成兩種材料物理不相容。這是因為SBe-18發射藥是一種典型的雙基發射藥,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力能源,與賽璐珞片制成的藥盒一起使用時,大量硝化甘油的析出使發射藥爆熱大大降低,而發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,滲入到發射藥中起到阻燃作用,進而造成初速降低。從根本上說初速降低就是兩種材料在設計時搭配不合理而造成的。

3 采取的措施

由前面的分析可知,某單兵攻堅彈初速異常降低主要是由長貯后藥量不足、裝藥缺陷、藥盒材料選擇不合理幾個因素造成,這些因素之間互有關聯,但其根本原因主要就是發射藥盒材料在設計時選擇不當造成的。為此,必然想到從改進藥盒材料入手來解決這一問題,經反復論證、分析和借鑒課題“彈藥/引信長貯性能試驗技術研究”成果[3],從多種材料中選擇了中性牛皮紙作為發射藥盒材料,并按相關工藝和要求制成了發射藥盒與發射藥一起進行了相關長貯驗證試驗。

圖2 加速老化后外觀檢查

4 驗證試驗

4.1 試驗原理及方案

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

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

4.2 試驗結果

如圖2所示,新發射藥盒及裝藥經13d、26d、41d后外觀無異常,而原賽璐珞藥盒及裝藥經13d后外觀及形狀明顯變形,26d后變形更加嚴重。兩種藥盒及發射藥稱重結果如表1～表2,從表中數據看,新發射藥盒及裝藥經41d老化后減重為1.7%(參考國際標準,減重小于2%為合格),而老藥盒經26d后減重為4.9%,顯然不滿足要求。

對加速試驗后的新發射藥盒裝入彈體內進行了內彈道性能試驗,41d后初速及其或然誤差分別為172.8 m/s和1.28 m/s(指標要求分別為173 m/s和2 m/s),符合要求。而經41d加速老化后在內彈道指標滿足要求的情況下,通過阿倫尼斯(Arrhenius)方程預估對應的貯存年限為15.8a,滿足長貯15a的要求。

表1 裝藥稱重結果(藥盒材料為中性牛皮紙)

表2 裝藥稱重結果(藥盒材料為賽璐珞)

5 結論

1)新發射藥盒及其裝藥經加速老化后內彈道性能(初速及其或然誤差)能夠滿足戰技指標要求,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的減重和內彈道射擊試驗結果與此前出現問題的試驗結果相吻合,在說明失效機理分析正確性的同時,也證明了加速老化試驗結果的可靠性與可信性;

3)長期以來,彈藥/引信產品對于長貯性能的考核只停留在理論分析和預估層面上,從攻堅彈長貯失效來看,這種分析評估方法存在著很大的不確定性,我們要吸取本次長貯性能失效問題的教訓,在今后彈藥/引信設計中,只要是未經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貯性,甚至材料基本相似,都必須進行加速老化等長貯性能驗證;

4)前期我們開展了彈藥長貯性能的試驗技術研究,積累了相當的經驗和技術,其研究成果也在部分產品中得到了應用,我們要在此基礎上加強產品長貯特性的研究,形成相應標準,盡早開展長貯性能的量化考核。

[1] 李進賢. 火箭發動機可靠性 [M]. 西安: 西北工業大學出版社, 2000: 140-149.

[2] 陶春虎, 劉高遠, 恩云飛, 等. 軍工產品失效分析技術手冊 [M]. 北京: 國防出版社, 2009: 850-855.

[3] 邱有成, 李治三, 紀永祥, 等. 彈藥/引信長貯性能試驗技術研究 [R]. 華陰: 中國華陰兵器試驗中心, 2014: 165-171.

[4] 王凱民, 張學舜. 火工品工程設計與試驗 [M]. 北京: 國防工業出版社, 2010: 273-276.

[5] 李勁松. 火工品試驗方法71 ℃試驗法: GJB 736.8—1990 [S]. 北京: 機械電子工業部, 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:火箭試驗鑒定。

TJ714

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