炮彈彈質量分級現行標準對戰術使用影響分析

郭尚生,邢存震,黃福鋒,劉曉軍

(遼沈工業集團有限公司,遼寧 沈陽 110045)

炮彈彈質量分級現行標準對戰術使用影響分析

郭尚生,邢存震,黃福鋒,劉曉軍

(遼沈工業集團有限公司,遼寧 沈陽 110045)

針對我國炮彈彈質量分級采用同一標準的情況,為分析彈丸質量偏差對作戰使用的影響,根據彈質量分級的目的及現狀,分析了彈丸質量偏差形成原因及其對彈丸外彈道性能的影響,探討了現行彈質量分級標準對提高彈丸密集度、火炮射擊效率、彈藥勤務保障能力的影響。結合現代炮彈生產裝備與工藝的發展趨勢,提出了減少現行彈質量分級級數、壓縮彈丸質量偏差范圍的建議。

炮彈;彈質量分級;射擊效率;勤務保障

彈質量分級與彈丸的生產制造、射擊使用、密集度等密切相關。目前我國炮彈彈質量分級方法一直沿用上世紀50年代前蘇聯的標準,彈質量符號較多,隨著彈藥行業設計水平的提高、加工制造能力的提升和部隊作戰方式的變革,現有的彈質量分級方法制約了彈丸射擊密集度的提高,限制了火炮射擊效率的提高和彈藥勤務保障能力的提升。因此,有必要對現有彈質量分級進行分析探討。本文通過分析彈丸質量偏差形成的原因、彈丸質量偏差對彈丸彈道性能及彈藥勤務處理的影響,提出了彈質量分級改進建議。

1 彈質量分級現狀

彈丸質量作為彈藥的一個重要結構特征量,關系到彈丸的射程、密集度等外彈道性能,而加工制造出來的彈丸質量不可能完全一致,必然存在一定的偏差,這會影響彈丸的射擊密集度,導致對目標命中概率的降低。從戰術技術的觀點出發,希望彈丸質量偏差盡可能得小,以保證武器系統具有良好的毀傷效果,但從生產經濟觀點來看,這是不利的,也是很難保證大批量生產要求的[1]。為了合理解決這一矛盾,采用彈質量分級的方法,按彈丸加工后造成的質量偏差大小,將其劃分為若干等級,將彈丸質量相近者編排在同一級別內,并在彈丸上用彈質量符號作為分級標志。在火炮射擊時,根據彈質量符號對射程進行修正,這樣即滿足了彈丸生產制造的批量性及經濟性要求,又能保證彈丸作戰使用性能的要求[2-3]。

我國炮彈的彈質量分級方法一直沿用前蘇聯模式,彈質量分為九級,相鄰兩級彈丸質量偏差為彈丸質量的1/150,并用彈質量符號“++++、+++、++、+、±、-、--、---、----”標記在彈體上。“±”表示標準彈質量級,“+”表示彈丸的實際質量比標準值重一級,“-”則表示輕一級,其他類推。設mb為表定彈丸質量,則“±”規定的實際彈丸質量范圍為mb-(mb/300)～mb+(mb/300),“+”表示實際彈丸質量范圍為mb+(mb/300)～mb+(mb/100),“-”表示實際彈丸質量范圍為mb-(mb/100)～mb-(mb/300)。實際生產制造出來的彈丸質量偏差必須在上述9個彈質量符號范圍內,否則均應判為不合格品,予以剔除。同時,對有彈質量分級的炮彈,國軍標中還規定,在同一批炮彈中,高射炮彈只允許使用一個彈質量符號的彈丸,破甲彈允許使用4個相鄰彈質量符號的彈丸,其他各種炮彈均允許使用3個相鄰彈質量符號的彈丸[4]。

彈質量分級是必要的,即滿足了彈丸生產制造的批量性要求,避免了不合格品過多造成的資源浪費,同時也保證了作戰使用時對彈丸密集度的要求。但對于彈質量分級的計算方法和彈質量分級中彈丸質量偏差范圍的確定,到目前為止,筆者沒有看到相關的計算方法及標準,現行彈質量分級標準的合理性有待商榷。

2 彈丸質量偏差形成的原因

對于生產出來的彈丸,彼此間的質量必然存在一定的差別。這個差別主要來自2個方面:一是由于材料密度的誤差分布,二是由于尺寸上的公差。在這2個因素中,前者的影響比較固定,調節的可能性不大;后者影響顯著,而且可以調整、控制[1]。既然尺寸上的公差是影響彈丸質量偏差的主要因素,那么只需嚴格控制尺寸公差,就能保證彈丸質量偏差在特定范圍內,從而不需要進行彈質量分級。從理論計算分析上來說,上述觀點是完全正確的,廣大彈藥設計者也希望將尺寸公差等級選定在較高級別內,從而制造出高精度的彈丸,但是實際在彈丸的設計過程中,尺寸公差等級的確定不取決于設計者主觀上的意愿,而是受限于彈丸生產制造的實際加工能力,服從經濟節約的原則。

全備彈丸的質量及誤差是由各個組成部分、彈體、炸藥、引信、導帶及其他零件構成的,其中起決定作用的是彈體。下面選取不同年代、典型榴彈產品的彈體加工工藝流程,來進一步說明尺寸公差、加工能力及彈丸質量偏差之間的相互影響關系。

上世紀60年代～70年代,榴彈彈體典型的加工工藝流程為:彈體毛坯沖壓、拔伸(壓力機折斷下料、水壓機沖壓)—粗車外形(靠模切削)—彈體毛坯收口(煤氣爐加熱、水壓機收口)—熱處理(煤氣爐加熱)—精車成品(靠模切削外表面、靠模搪內表面、銑削螺紋、無心磨定心部)[2]。此階段榴彈多為仿研產品,彈體內、外形大部分尺寸公差在IT14級～IT15級,彈體壁偏差控制在彈體壁厚的18%以內。

上世紀80年代～90年代,榴彈彈體典型的加工工藝流程為:彈體毛坯沖壓、拔伸(鋸床下料、油壓機沖壓)—粗車外形(靠模車削)—彈體毛坯收口(感應爐加熱、油壓機收口)—熱處理(感應爐加熱)—精車成品(靠模搪內表面、車外表面、車螺紋)。此階段榴彈產品以仿研、改進設計為主,彈體內、外形大部分尺寸公差在IT13級～IT14級,彈體壁偏差控制在彈體壁厚的12%以內。

本世紀初至今,榴彈彈體典型的加工工藝流程為:彈體毛坯沖壓、拔伸(鋸床下料、油壓機沖壓)—粗車(數控車削)—彈體毛坯收口(感應爐加熱、油壓機收口)—熱處理(感應爐加熱)—精車成品(數控車削內、外表面)。此階段榴彈產品以自主設計為主,彈體內、外形大部分尺寸公差為IT11級～IT12級,彈體壁偏差控制在彈體壁厚的6%以內。

通過上述分析可以看出,隨著時代的變遷,彈體的加工工藝流程基本未發生變化,但加工工序逐漸減少,加工設備逐步更新換代,彈體的尺寸公差也變小,因此加工精度逐漸提高,彈體實際質量一致性越來越好。以筆者多年的實踐經驗,其中對彈體質量偏差影響最大的是最終的精車成品過程,此過程中加工設備的精度、工藝是造成彈丸質量偏差的主要因素,彈體內、外形車削采用一次走刀加工完成,所形成的彈丸質量偏差最小,質量一致性最好,即使在同一公差條件下,若彈體精車工序過多、多次車削,也會造成彈丸質量偏差較大,一致性不好。

因此，彈丸質量偏差的形成理論上是彈丸尺寸公差引起的,其限制了彈丸質量偏差的大小,從客觀上來說是由生產能力及加工工藝造成的,其限制了彈丸質量的一致性。

目前,彈體機加工設備的精度得到大幅提升,彈體精車從最初的普通車床轉變到現在普遍采用的精密數控車床、數控加工中心,實現了炮彈的流水線及自動化加工,提高了產品的加工精度,加工的產品一致性越來越好,使得彈丸質量偏差減小。同時隨著技術的發展,敏捷制造、精益制造、虛擬制造等現代化制造模式也將在彈藥行業得到應用推廣,彈丸質量偏差控制將越來越精準。

3 彈丸質量偏差對彈丸外彈道性能、射擊效率及勤務處理的影響

3.1 彈丸質量偏差對彈丸外彈道性能的影響

在彈丸射擊過程中,彈丸質量存在偏差直接影響的是彈丸的射程,而彈丸射程的改變將影響彈丸的射擊密集度。

根據外彈道理論,彈丸的實際質量不等于標準質量時,將從2個方面影響彈丸的射程。一是影響彈道系數的大小,導致射程變化;二是影響彈丸的初速,使射程發生變化[5]。

當彈丸質量發生變化時,彈道系數偏差量ΔCb可由下式求得:

Cb=(id2/m)×1 000

(1)

式中:Cb為彈道系數,i為彈形系數,d為彈丸直徑,m為彈丸質量。對上式兩邊取對數微分,得:

ΔCb=ΔmCb/m

(2)

式中:Δm為彈丸質量偏差。對應的射程偏差ΔXCb為

(3)

式中:X為射程。

從內彈道學知識可知,彈丸質量變化Δm時,對應的初速變化量Δv0為

Δv0=-lmv0Δm/m

(4)

式中:lm為彈丸質量系數,v0為初速。對應的射程偏差ΔXv0為

(5)

彈丸質量變化引起的射程偏差ΔXm為

(6)

按上述修正公式,選擇不同口徑榴彈,取標準符號內的極限偏差(最大、最小)彈丸質量,計算在最大射程處的射程偏差量,計算參數及結果見表1。表中,EX為彈丸的縱向中間誤差。

表1 射程偏差計算結果

從表1可以看出,射程偏差基本上與彈丸質量偏差成正比,既彈丸的標準質量越大,由彈質量分級造成的射程偏差越大,其中122榴彈為底凹彈,屬于低阻形彈丸,彈道系數對彈丸質量的變化不敏感,其質量偏差對射程偏差影響不大。目前我國榴彈彈質量分級為同一標準,采用同一質量偏差范圍,沒有考慮彈丸標準質量、彈形系數等因素對射程偏差的影響,因此彈質量分級應當與彈道性能有關,不同彈道性能的彈丸應該有不同數值的彈質量分級。

由彈丸質量偏差造成射程的變化,必然引起彈丸射擊密集度的變化,根據有關文獻中的密集度計算估算公式,彈丸的縱向中間誤差EX約等于彈丸射程極差[6]的1/4,因此利用表1數據,僅考慮彈丸質量偏差引起的距離中間誤差,表1中4個彈丸對應的距離中間誤差分別為14 m,3.75 m,9 m,7.5 m,它們與戰技指標規定的距離中間誤差的比值分別為11%,7%,8%,14%。因此彈丸質量偏差對彈丸射擊密集度的影響還是很大的,為提高彈丸的射擊密集度,有必要壓縮現行彈質量分級中的質量偏差范圍。

3.2 彈丸質量偏差對射擊效率的影響

表征射擊效率的指標有:對目標的命中概率、對目標的毀傷概率、射擊的經濟性、射擊的迅速性等。其核心指標是命中概率和毀傷概率,即彈丸能否擊中目標,擊中目標后能否毀傷目標[7-8]。而彈質量分級的存在,雖然在射表中對彈丸質量進行修正后降低了彈丸的射擊散布,但也只能得到部分修正,因彈丸質量在同一等級中仍是變化的,仍會引起射擊散布,最終對命中概率、毀傷概率產生影響。

從對打擊目標的命中概率來說,對點目標射擊,彈丸質量偏差的存在增大了彈丸的散布,降低了對目標的命中概率,為保證預期的毀傷效果,需增加射擊數量,消耗過多的彈藥量。而對于面目標射擊來說,彈丸質量偏差引起彈丸的適當散布,能夠覆蓋更大的目標面積,具有較好的命中概率,對目標的毀傷效果愈好。

從對打擊目標的毀傷效果來說,因彈丸對目標的最終毀傷作用即取決于命中概率又取決于最終的毀傷手段,對于以連續彌散型毀傷元件作為毀傷手段的彈丸來說,彈丸質量偏差的存在增加了毀傷元件的作用范圍,目標被毀傷的數學期望值亦高,毀傷效果愈好,如殺傷榴彈等。對于以離散集中型毀傷元件作為毀傷手段的彈丸來說,彈丸質量偏差的存在降低了毀傷元件對目標的命中概率,對目標的毀傷效果變差,如穿甲彈、破甲彈等。

綜上,采用不同的毀傷手段,對不同的目標射擊,由彈丸質量偏差造成對目標命中概率、毀傷概率的影響是不同的,我國現行彈質量分級標準采用同一標準,未考慮彈種、打擊目標的差異,必然會對射擊效率帶來影響。因此彈質量分級應當與作戰使用方式、方法有關,不同使用功能的彈丸應該有不同數值的彈質量分級。

3.3 彈丸質量偏差對彈藥勤務處理的影響

采用彈質量分級后,保證了彈丸生產制造的經濟性,但同時也對彈丸的生產管理、勤務處理帶來了一定的影響。

在彈丸生產時的不同階段都需對彈丸進行稱重,對不同彈丸質量偏差的彈丸進行單獨管理,在彈體精車完成后需對彈體稱重、標記,以便于后續彈體裝藥及組批管理,在彈體完成裝藥后還需稱重、標記,在彈丸噴漆后、印制標識時仍需稱重,按彈丸質量偏差分級表確定彈質量符號,并在彈體上印制標記,且都要根據不同的質量偏差分組、分箱存放,雖然目前工廠在彈質量分級管理上不存在生產技術問題,但彈質量分級給彈丸及其零部件的存放、周轉帶來很大不便,需占用較大面積的廠房,對生產效率的提高有一定的制約。

在彈藥勤務處理時,由于一批彈藥中會存在不同的彈質量符號,為了保證射擊精度,在射擊準備前需根據彈藥包裝箱上的標志,將彈質量符號不同的彈藥箱進行分類、分開放置,將分類結果登記下來,報告給射擊指揮員,在射擊時需根據修正指令,調整火炮射擊諸元,在射擊后剩余彈藥仍需根據標志,將彈丸與藥筒裝入標志相符合的彈藥包裝箱內[9]。由于存在不同的彈質量符號,這制約了彈藥供給效率、戰場快速反應能力的提高。而未來信息化條件下戰爭突發性強、節奏快、強度高、戰爭形態和作戰樣式發生很大變化,彈藥消耗品種多、數量大,要求有較高的彈藥供給效率和較少的戰爭準備時間,為了適應信息化條件下的作戰使用要求,有必要減少彈質量分級符號。

4 結束語

通過上述分析,彈丸質量偏差客觀上主要受限于機加工能力,而目前我國彈藥行業均普遍采用數控車床進行彈丸的機加工,彈丸質量一致性較好,彈丸質量偏差已經減少,由于彈質量分級與彈丸密集度、彈藥的生產管理、彈藥的勤務處理有密不可分的關系,建議對彈質量分級標準開展系統性的研究工作,減少現行彈質量分級級數,壓縮彈丸質量偏差范圍。

[1] 華恭,歐林爾.彈丸作用和設計理論:榴彈和迫擊炮彈[M].北京:國防工業出版社,1975:134-149.

HUA Gong,OU Lin-er.Function and design theory of projectile:projectile and mortars artridge[M].Beijing:National Defense Industry Press,1975:134-149.(in Chinese)

[2] 沈陽軍區后勤部裝備部.炮彈檢驗手冊[M].沈陽:沈陽軍區后勤部裝備部,1972:403-846.

[3] 德米特里耶夫斯基.外彈道學[M].韓子鵬,譯.北京:國防工業出版社,2000:293-315.

[4] 中國人民解放軍總裝備部.GJB 1089A-1999 炮彈通用規范[S].北京:總裝備部軍標出版發行部,1999:7-8.

[5] 趙新生.彈道解算理論與應用[M].北京:兵器工業出版社,2006:145-150.

ZHAO Xin-sheng.Theory and application of ballistic solution[M].Beijing:Ordnance Industry Press,2006:145-150.(in Chinese)

[6] 潘承泮,韓之俊,章渭基,等.武器彈藥試驗和檢驗的公算與統計[M].北京:國防工業出版社,1980.

PAN Cheng-pan,HAN Zhi-jun,ZHANG Wei-ji,et al.Probability and statistics of ammunition test and hypothesis testing[M].Beijing:National Defense Industry Press,1980.(in Chinese)

[7] 徐培德.武器系統分析[M].長沙:國防科技大學出版社,2001.

XU Pei-de.Weapon system analysis[M].Changsha:National University of Defense Technology Press,2001.(in Chinese)

[8] 郭治.現代火控理論[M].北京:國防工業出版社,1996.

GUO Zhi.Modern fire control theory[M].Beijing:National Defense Industry Press,1996.(in Chinese)

[9] 何慶玖,連高貴,宋登山,等.兵器與彈藥[M].張家口:炮兵指揮學院,1997.

HE Qing-jiu,LIAN Gao-gui,SONG Deng-shan,et al.Weapons and ammunition[M].Zhangjiakou:Artillery Command College,1997.(in Chinese)

AnalysisoftheInfluenceofStandardMassClassificationforProjectileonTacticalOperation

GUO Shang-sheng,XING Cun-zhen,HUANG Fu-feng,LIU Xiao-jun

(Liaoshen Industries Group Ltd,Shengyang 110045,China)

The mass classification of projectile adopts one and the same standard in China.Aiming at this problem,the influence of mass deviation on tactical operation was analyzed.According to the purpose and current condition of mass classification,the causes of mass deviation and its impact on trajectory performances of projectile were analyzed,and the influence of the current mass classification standard on the promotion of projectile dispersion,fire efficiency of cannon and service supportability of ammunition was discussed.The proposal to reduce current mass classification levels and mass deviation range was proposed combined with the development tend of the modern production equipment and technics.

projectile;mass classification of projectile;fire efficiency;service guarantee

TJ410.1

A

1004-499X(2017)04-0093-04

2017-07-06

郭尚生(1996- ),男,高級工程師,研究方向為彈藥設計與試驗。E-mail:15640200025@163.com。