分裝式炮彈退彈系統的設計和應用

張 劍 黃爭升 黃學亮 張 雷

69245部隊 新疆 烏魯木齊 830001

分裝式的炮彈在我軍多種武器裝備上已沿用幾十年,其可變裝藥和便攜分裝的優點一直深受部隊青睞。然而分裝式炮彈裝填完畢后,如遇裝備故障、天氣突變、陣地轉移等突發情況導致實彈射擊暫停,部隊往往需要派專人實施留膛彈丸退彈。目前,針對分裝式炮彈的退彈任務,部隊仍然采取人工使用退彈裝置沖擊彈丸頭部使彈帶脫離膛線束縛,最終彈丸后移退出炮膛的方式。此退彈過程中引信在退彈裝置的沖擊下安全性能極易改變,彈丸一旦發生爆炸將給部隊帶來巨大的人員傷亡和裝備損毀。

一、分裝式炮彈退彈程序及彈帶對退彈的影響

（一）分裝式炮彈退彈的一般程序

針對分裝式炮彈的設計特點,其退彈的一般程序為開閂抽出藥筒隨即打平炮身,將簡易退彈裝置旋接在洗把桿前端并送入炮口,多人合力沖擊彈丸頭部使彈帶脫離膛線,最終彈丸松動退出炮膛。

（二）彈帶的作用機理及對退彈的影響

炮彈彈帶的直徑應大于火炮陰線直徑,超出的部分稱為彈帶強制量δ。彈帶直徑D是彈丸口徑d、膛線深度Δ和彈帶強制量δ三部分之和,即:D=d+（Δ+δ）。彈帶強制量δ的大小對彈丸在炮膛內的運動有著重要影響。δ不能太小,否則無法為彈丸發射提供足夠動力;δ也不能過大,否則會增大彈帶對炮膛壁的磨損量導致火炮身管壽命明顯降低。合理的δ可以確保彈丸在炮膛內運動時有效密閉火藥燃氣保持足夠壓強,為彈丸的發射提供足夠初速,同時還可防止彈帶與彈體產生相對旋轉,以保證彈丸飛出炮口時擁有足夠的旋速。

二、分裝式炮彈退彈對引信造成的影響

（一）引信的技術性能和勤務安全

引信是彈藥的“指揮機關”,其功能的可靠性直接影響彈藥性能的發揮。引信一般具備實施保險、解除保險、感覺目標、點火起爆四大功能。目前我軍所使用的炮彈引信,大多采取利用彈丸發射時的慣性力或離心力來解除保險,其解除保險的難易程度可以分別用直線系數k1和k2表示,該系數越小引信越容易解除保險。引信使用的安全性要求該系數不小于一個固定值,確保引信在勤務處理甚至發生意外情況下保險仍不解除。

引信的保險功能要求其在預定的作用（起爆或點火）時間之前不起作用,但引信在勤務處理過程中不可避免的會遇到加速、減速、震動和沖擊,還可能會遇到偶然的滾動、磕碰和跌落,不僅引信外部結構可能產生變形或破損,其內部元件也可能因外力作用而發生功能性改變。因此引信在結構上除設計了慣性力和離心力保險還采用了適當的機械或電磁安全措施,確保引信在一定條件下（跌落的總質量、地面條件等）受到沖擊保險及其他功能仍保持正常,其中引信可承受的最大自由跌落高度稱為安全落高,該值越大則引信跌落安全性能越好。分裝式炮彈退彈時,使用退彈裝置沖擊彈丸頭部最終使彈丸松動退出炮膛,此受力過程中雖然引信具備較好的勤務處理安全性能,但沖擊力量一旦超過安全落高當量值,引信的內部元件結構和性能就可能發生,當沖擊力過大保險功能也可能失效,給退彈安全埋下巨大隱患。

（二）退彈對引信的影響

不可否認分裝式炮彈退彈是具有一定危險性的,為了降低風險,退彈時一般僅由1至2名專業技術人員操作實施,一個成年男性可提供約為800N的持續推力,距離退出彈丸所需的最小推力還相差較遠。因此部隊為了成功實施退彈,不得不后移退彈裝置一段距離利用加速度沖擊彈丸。退彈使用的洗把桿因長度較長且材料硬度不足,在受較大力作用時容易發生彎曲變形,進一步增大了退彈難度。

分裝式炮彈退彈時引信未旋下,為避免沖擊力直接作用于引信,退彈裝置的結構設計為中部凹陷的漏斗形狀,但由于沖擊力較大且身管較長作用點無法精準定位,退彈過程中沖擊力不可避免的作用到引信。前文對引信部分技術參數進行了介紹,其中關于引信安全落高的表述可知,當某種引信跌落高度超過安全落高時,該引信的安全性及功能性無法得到保證,經查閱可知,我軍所使用的絕大多數引信其安全落高一般不超過3.5米。在忽略地面質地情況,質量約為1千克的引信掉落接觸地面直至完全靜止的時間取平均值為0.01秒,經計算引信掉落過程中受到沖擊力約為840N。因此人工退彈時,施加的瞬時沖擊力一旦超過安全落高的當量值,就可能造成引信內部機械零件結構發生改變。

三、分裝式炮彈退彈系統的設計及應用

（一）退彈系統的功能特點

留膛未爆彈的退彈安全一直是部隊十分關注的問題,長久以來因老式退彈裝置的局限性,人工退彈方式一直未有改變,當前部隊急需一套安全可靠、操作簡單、功能完備的退彈設備滿足裝備使用單位的要求。

新型分裝式炮彈退彈系統在設計上應具備以下特點:一是采取便攜分裝、模塊組合的設計理念,該退彈系統的主要部件安裝和拆卸要簡便快捷,各部分的重量、體積要相對較小便于攜帶和使用。二是具備一定的機械自動化水平,安裝炮口電動裝置,為多功能操作頭進入炮膛、到達指定位置、作業實施提供動力;退彈系統的核心部件（引信旋接器）應具備自動抓握和旋擰引信的功能。三具備一定的微光觀測和激光探測功能,火炮身管較長其內部情況肉眼無法觀測,可加裝全景夜視儀和激光探傷設備,利用激光和微光技術觀察炮膛內情況,檢查身管性能。四是新型退彈系統一定要具備計算機遠程操作控制能力,通過有線或無線的方式,在確保人員安全的基礎上精準實施退彈。要安裝合適的軟件操作系統配合硬件設備,使退彈及其他功能的實現簡便、可控。

（二）退彈系統的設計組成

1.引信旋接器。引信旋接器是退彈系統的核心部件,由本體、錐形輪、嚙合齒輪、支撐面板等零件組成,其底端有螺紋與快速連接桿螺套配合連接。引信旋接器的主要功能是利用錐形輪的偏心結構配合其表面螺旋槽刃卡住引信并通過連接桿提供的扭力將引信旋下。本體為中空筒形結構,內部可承裝各種線纜,底端有螺紋前端有齒環,齒環與嚙合齒輪配合運動,嚙合齒輪與錐形輪通過固定軸連接。當本體旋轉時,齒環帶動嚙合齒輪轉動,嚙合齒輪帶動錐形輪轉動,由于錐形輪與嚙合齒輪為偏心固定,當三個錐形輪同步轉動時就表現為收緊、舒張交替運動,錐形輪表面有纏度為80°的槽刃,用于咬合引信側壁,在固定、旋擰引信的同時防止發生相對運動或滑脫。

2.退彈筒。留膛炮彈引信被旋接器拆卸后,結合退彈筒和連接桿,送退彈筒深入炮膛并作用于彈丸前端,利用炮口電動機提供的推力將彈丸從炮尾退出。新式退彈筒的設計參考了過去退彈裝置的特點,外觀呈圓形筒狀,內部呈漏斗形與彈丸形態一致,這樣使退彈筒與彈丸作用時接觸面更加貼合,作用力更加均勻。由于火炮身管較長退彈筒運動過程中受重力影響易發生偏移,因此新式退彈筒外側加裝了環形定位裝置和滑輪,定位裝置由環形彈簧加工而成,可根據火炮口徑自動調整。定位裝置外側加裝滑輪,便于退彈筒在身管內自由滑動,還可保護身管不被其他設備或零件磨損、劃傷。

3.快速連接桿。快速連接桿的制作應選用強度高、質量輕、不易變形的合金材料,內部為中空結構可承裝多種電纜和數據線,設計長度為1米便于攜帶和安裝,每根接桿兩端均加裝快速接頭,可根據需要將多根連接桿快速安裝在一起。頭桿、尾桿與其他連接桿略有不同,頭桿前段有螺套用于安裝引信旋接器、退彈筒和其他功能頭。尾桿有粗螺紋用于配合炮口電機為退彈動作提供螺紋扭力和推力。尾桿底部還設計了加力桿孔和無線發射天線,用于電機故障時人工退彈和無線數據傳輸。

4.接桿定位環。實施退彈時連接桿首尾相接長度較長,電動機提供的軸向力一旦遭受較大阻力,連接桿很可能發生彎曲變形導致退彈失敗,甚至裝備損壞。定位環的作用是固定連接桿,使其始終與身管保持同心,接桿定位環結構與退彈筒定位裝置相似,但接桿定位環為活動卡口式設計,可根據需要選擇安裝數量和固定點。定位環的使用有效保證了連接桿的直度,使電動機提供的推力有效作用于彈丸,保證了退彈成功。

5.遠程控制計算機。新型退彈系統加裝了遠程控制設備,利用各種計算機軟件程序,采用有線或無線的方式遠程控制炮口電動機、引信旋接器和其他多種功能頭。實現利用計算機遠程控制實現彈丸退彈、微光觀測、激光探傷等功能。

6.數據傳輸系統。數據傳輸系統主要包括:視頻影像監控、聲納激光探傷、機械自動控制等功能實現下的數據傳輸。

（三）退彈系統的使用方法

當采用分裝式炮彈的武器裝備實施退彈時,應首先開閂退出藥筒并保持開閂狀態,隨即打平炮身。具體步驟如下:

1.根據裝備身管長度選用一定數量的連接桿首尾相接。將頭桿和尾桿分別固定于連接桿指定位置,根據需要將電纜和數據線從連接桿內部穿過。

2.將引信旋接器安裝固定于連接桿頂端,在連接桿上選擇合適的位置固定定位環。

3.將連接好的引信旋接器從炮口送入炮膛,緩慢前送,同時在炮口處固定電動機,使連接桿尾部螺紋與電動機嚙合。開啟電動機繼續送旋接器深入炮膛,同時利用計算機遠程觀察引信旋接器錐形輪與引信接觸情況,利用計算機控制旋接器拆卸引信并抓握、固定好引信,而后控制電動機抽出連接桿,最終取出引信。

4.換下引信旋接器旋加裝退彈筒。計算機控制電動機送退彈筒深入炮膛并作用于彈丸,利用電動機提供的螺紋扭力退出彈丸,完成分裝式留膛彈藥的安全退彈。