某榴彈炮底凹殺爆彈損傷炮口制退器原因分析及解決措施*

李　嘉，仵　婧，劉佳佳，謝　飛（遼沈工業(yè)集團有限公司，沈陽　110045）

某榴彈炮底凹殺爆彈損傷炮口制退器原因分析及解決措施*

李嘉，仵婧，劉佳佳，謝飛
（遼沈工業(yè)集團有限公司，沈陽110045）

國內裝備的某中口徑榴彈炮底凹殺爆彈在部隊訓練時，出現(xiàn)損傷炮口制退器故障，經數(shù)值仿真分析，確定了產生原因，調整了底凹尺寸。經改進，該彈再也沒有出現(xiàn)類似問題。該問題的解決，對其它同類產品有一定的借鑒作用。

榴彈；炮口制退器；底凹

0　引言

國內某中口徑榴彈炮底凹殺爆彈經過嚴格的設計定型及生產定型考核，技術狀態(tài)一直比較穩(wěn)定，但有一次部隊在訓練使用時，出現(xiàn)了一發(fā)射擊后，前方觀測人員沒有看到落點的問題。事后對火炮進行檢查，發(fā)現(xiàn)炮口制退器上端有被硬物打傷的痕跡，見圖1。為此，開展原因分析及解決工作。

圖1　炮口制退器（內孔上端有硬物打傷痕跡）

1　原因分析

1.1產品結構

該彈是分裝式結構，由彈丸和發(fā)射裝藥組成，見圖2。彈丸采用底凹結構，通過改善彈形提高射程，是國內外80年代普遍采用的增程技術之一。

圖2　彈藥結構圖

對出現(xiàn)問題批產品從原材料及生產過程、檢驗過程記錄進行了復查，沒有發(fā)現(xiàn)問題；該批產品出廠時經過強度、裝藥安定性及地面密集度交驗，也沒有發(fā)現(xiàn)問題。

問題出現(xiàn)后，對產品計算說明書進行了復查，該彈在最大膛壓點處的彈體強度以及炮口處的強度均滿足要求，且有一定的余量。但是在計算強度時，彈體各部分尺寸是選中限尺寸計算的。

1.2數(shù)值仿真分析

1.2.1底凹裝置炮口壓力場模型

圖3　底凹裝置炮口壓力場模型

1.2.2底凹結構強度的工程計算

設底凹裝置結構示意圖如圖4所示，為一個對稱變形的變壁厚圓筒。由板殼理論可以推出，底凹裝置沿尾裙部自由邊緣處的彎曲應力σZ為：

圖4　底凹裝置結構示意圖

底凹裝置沿尾裙部自由邊緣處的切向應力σt為：

底凹裝置沿尾裙部自由邊緣處的徑向應力σr為：

上述三向應力按第四強度理論可以得到底凹裝置沿尾裙部自由邊緣處內表面的綜合應力ˉσ0為：

底凹裝置內部根部彎曲應力σE為：

底凹裝置內部根部剪應力τE為：

采用上述的工程計算方法，對該彈的底凹結構強度進行了計算，計算結果如表1所示。

表1　某殺爆彈底凹結構強度工程計算法計算結果（炮口處）

該彈彈體采用正火處理方法，成品彈體的抗拉強度大于550 MPa，按照中限尺寸計算結果，該彈底凹強度滿足要求；如果按照極限尺寸計算結果，該彈底凹強度不滿足要求。

1.2.3數(shù)值仿真計算結果

以下是用ANSYS7.0有限元仿真分析軟件對該彈底凹結構強度性能進行仿真分析計算。計算中采用了圖3所示的底凹裝置炮口壓力場模型。按照中限尺寸與極限尺寸的有限元計算結果（綜合應力）分別如圖5、圖6所示，圖中應力單位為Pa。

圖5　某彈底凹綜合應力圖（中限尺寸）

圖6　某彈底凹綜合應力圖（極限尺寸）

表2　某彈底凹結構強度有限元計算結果（炮口處）

表2所示的有限元計算結果與表1所示的工程計算結果在數(shù)值上有很好的一致性。由圖5～圖6可見，底凹裝置綜合應力的最大值發(fā)生在沿尾裙部自由邊緣處內表面的局部區(qū)域，這與表1所示的工程計算結果在位置上有很好的一致性。

由工程計算和數(shù)值仿真結果分析，該彈按照中限尺寸計算，滿足強度要求，但在極限尺寸狀態(tài)下，強度就不滿足要求了。

研制過程，很少加工到極限尺寸進行試驗，沒有考核出來，這是今后研制中應該注意的地方。另外，產品交驗時，只進行強裝藥及常溫試驗考核也不合理。通過內彈道計算，該彈采用高氮量單基藥，這種發(fā)射藥在強裝藥時炮口壓要低于常溫的炮口壓，低溫的炮口壓最大。因此，要對底凹彈產品進行嚴格的交驗考核，應該用強裝藥考核彈體圓柱部的發(fā)射強度，用低溫考核底凹處的強度。

2　改進措施

為了解決底凹強度不足的問題，可以采取兩個方案，一個方案是適當增加底凹邊緣處的厚度，另一個方案是增加彈體的機械性能。

考慮到增加彈體材料的機械性能要采取熱處理工藝，生產成本增加；而提高彈體機械性能，加工成本也要增加，有可能還要損失威力。綜合考慮，采取了增加底凹邊緣厚度的措施。底凹邊緣厚度變化影響彈丸的內外彈道，不易大動。根據理論計算結果，改進方案，將底凹邊緣極限尺寸按照原彈中限尺寸進行調整，適當加厚邊緣尺寸。

對改進方案進行了試驗驗證，主要考核強裝藥下的彈體發(fā)射強度、低溫時的底凹強度、外彈道通用射表等。經過試驗考核，各項性能滿足指標要求。

3　結論

通過理論計算分析，調整方案滿足強度要求，并通過了軍方組織的技術鑒定。后續(xù)生產的產品沒有再次出現(xiàn)類似問題，該問題得到圓滿解決。

［1］ 馬寶華.引信構造與作用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1984：314.

［2］ 魏惠之，朱鶴松.彈丸設計理論［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1985：357.

［3］郭錫福.火炮武器系統(tǒng)外彈道試驗數(shù)據處理與分析［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2013：336.

［4］ 錢翼稷.空氣動力學［M］.北京：北京航空航天出版社，2013：430.

［5］ 徐明友.高等外彈道學［M］.北京：高等教育出版社，2003：94.

Reason Analysis and Solutions to Some HB Projectiles for Howitzer Damage Muzzle Brake

LI Jia，WU Jing，LIU Jiajia，XIE Fei
（Liaoshen Industries Croup Co.Ltd，Shenyang 110045，China）

Some domestic middle-caliber hollow base（HB）HE projectile damages muzzle brake during unit training.In view of the problem，numerical simulation analysis was made，the reason was got and the hollow base size was adjusted.accordingly and the problem was solved.The solution can be taken as reference to other same kind of products.

HB projectiles；muzzle brake；hollow base

TJ303

A

10.15892/j.cnki.djzdxb.2016.01.017

2015-03-11

李嘉（1985-），男，遼寧蓋縣人，工程師，學士，研究方向：彈藥總體設計。