超期服役炮射導彈增程發動機性能研究*

范志鋒,徐敬青,崔 平,文 健

(解放軍軍械工程學院,石家莊 050003)

超期服役炮射導彈增程發動機性能研究*

范志鋒,徐敬青,崔 平,文 健

(解放軍軍械工程學院,石家莊 050003)

超期服役炮射導彈增程發動機的性能能否滿足設計指標要求是迫切需要解決的問題。通過開展超期服役炮射導彈增程發動機靜止點火試驗,采集出廠驗收信息,分析增程發動機內彈道性能參數的變化趨勢和原因。結果表明:該炮射導彈增程發動機經過XX年的自然儲存仍然滿足設計指標要求,但最大壓強有所增大。建議對超期服役炮射導彈增程發動機開展靜止點火試驗前對裝藥進行CT掃描,確保試驗安全。

超期服役;炮射導彈;增程發動機;儲存性能;靜止點火試驗

0 引言

炮射導彈是利用現裝備的坦克或戰車火炮發射的一種高價值彈藥,主要由舵機艙、戰斗艙、增程發動機、儀器艙、彈托和藥筒組件等部分組成[1-2]。其戰斗艙、彈托和藥筒組件與通用彈藥中類似部件的結構性能基本相同,儲存壽命相當。其長儲薄弱環節主要集中在舵機艙、增程發動機和儀器艙上。在長儲過程中,可以利用檢測儀器對舵機艙、儀器艙等電子部件的性能進行無損檢測,但無法判定增程發動機的質量狀況。同時該增程發動機使用的推進劑是新研制的,在其他彈藥導彈中沒有應用,部隊不掌握其儲存性能。若需要對增程發動機的儲存性能進行全面檢測,最可信的方法是進行動態射擊試驗,但動態射擊試驗組織難度大、試驗費用高,同時若超期服役炮射導彈增程發動機藥柱的結構完整性遭到破壞,進行實彈射擊時還可能會發生發動機飛行爆炸的災難性故障[3]。

文中以炮射導彈增程發動機為研究對象,以內彈道性能為重點,從后方倉庫中抽取一定數量的超期服役炮射導彈進行增程發動機的靜止點火試驗,測試其內彈道性能參數,同時采集同批次增程發動機出廠驗收信息,從而分析增程發動機的性能變化趨勢和原因,為安全開展超期服役炮射導彈增程發動機靜止點火試驗提供科學依據。

1 超期服役炮射導彈增程發動機靜止點火試驗

1.1 試驗方法

炮射導彈增程發動機靜止點火試驗程序如圖1所示。

炮射導彈增程發動機靜止點火試驗在型號為59050128的發動機推力試驗臺進行。

密封性檢查時,通過增程發動機內殼部件上的螺孔向發動機內腔施加(12.5±9.8) kPa空氣壓強,之后將其放入含0.3%～0.5%的重鉻酸鉀水溶液中,使發動機距離液面50～100 mm,持續1 min,不允許壓強下降。

圖1 增程發動機靜止點火試驗程序

電參數檢查時,用毫歐計和500型萬用表檢查電路電阻,用100 V兆歐表檢查絕緣電路電阻,上述電參數應合格。

分解檢查時,主要檢查發動機主裝藥及點火藥柱、點火藥包、電點火具等火工品,應合格。對增程發動機的主裝藥進行工業CT探傷,裝藥內部應無裂紋、氣泡、疏松等缺陷。

保溫時,將增程發動機放入預先達到(-40±3)℃的低溫箱內或(+50±3)℃的高溫箱內,在低溫箱或高溫箱中的恒溫時間不少于16 h,從保溫箱中取出增程發動機,應迅速用隔熱性能良好的保溫袋裹嚴送往靜止點火試驗間。

1.2 試驗結果

由于受試驗條件限制,從后方倉庫中抽取XX年生產的XX批超期服役炮射導彈2發,按照圖1所示的程序開展了炮射導彈增程發動機靜止點火試驗。2發炮射導彈增程發動機的密封性檢查、電參數檢查和分解檢查均合格。CT掃描發動機主裝藥也未發現異常現象。CT掃描結果見圖2所示。

圖2 增程發動機工業CT掃描成像圖

2發炮射導彈增程發動機靜止點火試驗數據見表1,均滿足設計指標要求。

表1 長儲炮射導彈增程發動機靜止點火試驗數據

2 增程發動機儲存性能變化趨勢分析

2.1 出廠驗收靜止點火試驗

根據炮射導彈增程發動機制造與驗收規范,每批炮射導彈在交付驗收時均需要抽取一定數量的增程發動機進行靜止點火試驗。

采集與超期服役炮射導彈增程發動機同年同批次的出廠靜止點火試驗數據見表2。

表2 出廠炮射導彈增程發動機靜止點火試驗數據

由于在出廠驗收時,炮射導彈增程發動機的靜止點火試驗數據采用16線示波器采集后手工處理得到的,只獲得4發炮射導彈增程發動機從建壓到正常工作壓強所需時間tn均小于0.1 s,沒有具體數值。

2.2 性能參數的秩和檢驗

采用Wilcoxon秩和檢驗[4-5]判定出廠驗收和儲存了XX年之后的超期服役炮射導彈增程發動機高溫和低溫點火時各個性能參數是否有顯著區別。

出廠驗收4發炮射導彈增程發動機從建壓到正常工作壓強所需時間tn沒有具體數值,所以這里不分析從建壓到正常工作壓強所需時間tn,只分析其他4項參數。秩和檢驗結果見表3。

從表3可以看出,經過XX年長期儲存后,炮射導彈增程發動機靜止點火試驗的各個性能參數均沒有顯著區別。當然,這和樣本量過小有一定關系。

表3 增程發動機靜止點火性能參數秩和檢驗結果

2.3 性能參數的變化分析

為進一步分析經過XX年長期儲存炮射導彈增程發動機靜止點火試驗各個性能參數的變化,計算各個性能參數與出廠驗收2發炮射導彈增程發動機性能參數平均值的變化量和變化百分比。計算結果如表4所示。

表4 增程發動機靜止點火性能參數變化對比

從表4中可以看出,經過XX年的長期儲存,超期服役炮射導彈增程發動機各個性能參數與出廠驗收值相比,其變化均不超過10%,變化較為緩慢,性能較為穩定。相對而言,炮射導彈增程發動機高溫最大壓強略有增加。

3 增程發動機儲存性能變化原因分析

從前面的分析中可以看出,雖然炮射導彈經過XX年儲存后,增程發動機的內彈道性能參數變化均不大,但高溫最大壓強有所增加。若增程發動機工作時,最大壓強超過額定值,炮射導彈在彈道上可能發生爆炸事故。

炮射導彈增程發動機燃燒室內壓強增大的失效樹見圖3所示。

炮射導彈增程發動機在實施點火之前,對裝藥的外觀進行了檢查,也采用工業CT進行了掃描,均未發現異常現象。上述檢查基本上排除了圖3失效樹所列的底事件。

圖3 發動機燃燒室內壓強增大失效樹

一般來說,發動機裝藥的失效模式有兩類:一類是推進劑力學性能的下降,導致發動機工作時裝藥結構破壞;二是推進劑化學特性變化,導致發動機內彈道性能變化,無法滿足發射要求[6]。

推進劑在儲存過程中,化學特性的變化會導致推進劑爆熱值和燃速的變化。研究發現,推進劑在長儲后,其爆熱值有所降低,燃速也有一定程度的下降。這些變化導致發動機在點火工作過程中,燃燒室內的壓強下降,推力降低,工作時間延長。

從以上分析中,有理由認為超期服役炮射導彈增程發動機最大壓強升高是由于推進劑力學性能下降造成的。雖然炮射導彈增程發動機在靜止點火試驗前已經進行了工業CT掃描,但對過小的裂紋也無能為力,當然過小的裂紋也不影響增程發動機的內彈道性能。但隨著儲存時間的增加,這些裂紋會進一步擴展,最終導致增程發動機失效。

4 結論

文中對超期服役炮射導彈增程發動機的儲存性能變化進行了探索性研究,為下一步研究制定超期服役炮射導彈增程發動機質量監測方法奠定了基礎,主要研究結論如下:

1)首次開展了超期服役炮射導彈增程發動機的靜止點火試驗,為確定增程發動機的儲存壽命提供了基礎數據。文中對后方倉庫儲存XX年的2發超期服役炮射導彈開展了靜止點火試驗,測得了工作時間、最大(小)壓強、推力總沖等主要內彈道性能參數,均符合規定值,初步證明炮射導彈增程發動機儲存壽命不低于XX年。

2)提出了基于出廠檢驗信息和長儲信息的炮射導彈增程發動機儲存性能分析方法,確定了各個性能參數的變化,為炮射導彈的延壽修理提供了科學依據。文中利用同批次增程發動機出廠靜止點火試驗信息和長儲靜止點火試驗信息,確定了各個性能參數長儲過程中的變化程度,初步認為炮射導彈增程發動機在長儲過程中個別性能參數有一定程度的變化,但變化較為緩慢,增程發動機可以繼續儲存與使用。

3)分析了炮射導彈增程發動機最大壓強增大的原因,提出了一種安全開展增程發動機靜止點火試驗的方法。與出廠信息相比,炮射導彈增程發動機經過儲存后燃燒室的最大壓強有所增大。建立了燃燒室壓強增大的失效樹,分析得到了燃燒室壓強增大的原因,建議對超期服役炮射導彈增程發動機開展靜止點火試驗前對裝藥進行CT掃描,確保靜止點火試驗的安全。

由于條件限制,文中只選取了2發超期服役炮射導彈開展試驗。下一步,在條件允許的情況下,應加大試驗樣本量,同時抽取不同年份的炮射導彈,研究增程發動機內彈道性能隨儲存時間的變化規律,為科學預測炮射導彈增程發動機儲存壽命提供完善的數據。

[1] 楊培杰, 譚志良, 謝鵬浩, 等. 炮射導彈飛行狀態下電磁能量耦合規律研究 [J]. 彈箭與制導學報, 2013, 33(2): 113-116.

[2] 總裝備部通用裝備保障部. 新型通用彈藥(2001年—2007年) [M]. 北京: 國防工業出版社, 2009: 349-350.

[3] 李東. 固體推進劑藥柱表面裂紋動態力學特性研究 [D]. 南京: 南京理工大學, 2008.

[4] 何正風. MATLAB概率與數理統計分析 [M]. 北京: 機械工業出版社, 2012: 157-158.

[5] 楊玲玲. Wilcoxon秩和檢驗在審計推理中的應用研究 [J]. 中國注冊會計師, 2013(7): 83-87.

[6] 邢耀國, 董可海，沈偉，等. 固體火箭發動機使用工程 [M]. 北京: 國防工業出版社, 2010: 86-87.

Study on the Properties of Rocket-assisted Engine of Gun-launched Missile in the Extra-service

FAN Zhifeng,XU Jingqing,CUI Ping,WEN Jian

(Ordnance Engineering College of PLA, Shijiazhuang 050003, China)

Whether the properties of rocket-assisted engine of gun-launched missile in extra-service can satisfy design indexes is an urgent problem to be solved. Static firing test of rocket-assisted engine of gun-launched missile in the extra-service was carried out and the information of ex-factory acceptance was collected. The change trend and reason of internal ballistic performance of rocket-assisted engine were analyzed. The result shows that the properties of the rocket-assisted engine of gun-launched missile after several years of natural storage can satisfy the design indexes, but the maximal pressure is increscent to some extent. It is suggested that the charge of rocket-assisted engine of gun-launched missile in the extra-service be applied with computed tomography scanning before static firing test. This method can ensure safety in static firing test.

in the extra-service; gun-launched missile; rocket-assisted engine; storage properties; static firing test

2015-04-04

范志鋒(1978-),男,湖北黃岡人,副教授,博士,研究方向:信息化彈藥技術保障。

TJ410

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