一種串聯(lián)子彈隨進(jìn)故障分析研究

王震宇，陳 江，張鎮(zhèn)鋒，任 明

(重慶紅宇精密工業(yè)有限責(zé)任公司， 重慶 402760)

?

一種串聯(lián)子彈隨進(jìn)故障分析研究

王震宇，陳 江，張鎮(zhèn)鋒，任 明

(重慶紅宇精密工業(yè)有限責(zé)任公司， 重慶 402760)

針對在破-侵-爆型串聯(lián)隨進(jìn)反跑道子彈試驗(yàn)中出現(xiàn)的后級子彈隨進(jìn)故障，建立后級子彈隨進(jìn)時間窗模型，并對時間窗模型中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了量化，確定了串聯(lián)隨進(jìn)基本條件以及故障原因，并針對隨進(jìn)條件對影響子彈隨進(jìn)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，在后續(xù)試驗(yàn)中成功實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)隨進(jìn)，證明了所建立的串聯(lián)隨進(jìn)模型正確。

反跑道；串聯(lián)隨進(jìn)；子彈；時間窗；匹配本文引用格式：王震宇，陳江，張鎮(zhèn)鋒，等.一種串聯(lián)子彈隨進(jìn)故障分析研究[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2017(7):42-45.

反跑道子彈是毀傷和封鎖跑道有效的武器之一[1-2]，一般要求反跑道子彈進(jìn)入跑道下方延期起爆獲得類似“隆起”毀傷效果，以提高跑道修復(fù)難度，延長封控時間。破-侵-爆型子彈是一種常見的反跑道子彈類型，如英國的SG357,德國的STABO反跑道子彈均采用該作戰(zhàn)模式。隨進(jìn)技術(shù)是破-侵-爆型反跑道子彈關(guān)鍵技術(shù)之一，目前國內(nèi)對于該型串聯(lián)隨進(jìn)子彈的研究主要集中在前級起爆對后級安全性的影響以及后級隨進(jìn)速度對隨進(jìn)深度影響等方面[3,4]，而對可靠隨進(jìn)條件方面研究尚未見開展相關(guān)定量研究的報(bào)導(dǎo)，本文針對試驗(yàn)中出現(xiàn)的后級隨進(jìn)可靠性問題，對該問題進(jìn)行了分析并開展定量研究。

1 子彈作用過程

串聯(lián)隨進(jìn)子彈結(jié)構(gòu)主要由前級子彈、后級子彈、殼體、增速機(jī)構(gòu)等部分組成，主要結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 串聯(lián)隨進(jìn)子彈原理示意圖

直立型反跑道子彈落地后依靠直立機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)姿態(tài)扶正，保證藥型罩與后級子彈加速前進(jìn)方向正對跑道平面，該作戰(zhàn)模式可保證開孔與隨進(jìn)在最佳著角(90°)及炸高下進(jìn)行，因此能夠獲得較好的威力一致性。

2 故障描述

某反跑道子彈在進(jìn)行地面靜態(tài)串聯(lián)隨進(jìn)試驗(yàn)時[3]，多次出現(xiàn)后級點(diǎn)火增速正常，前級正常起爆開孔，但后級子彈(惰性)隨進(jìn)異常，后級彈體未能跟隨前級開孔侵徹到跑道內(nèi)部，而是掉落在前級大開坑附近，未能實(shí)現(xiàn)串聯(lián)隨進(jìn)功能，并且回收的后級子彈普遍出現(xiàn)后端蓋脫落以及頭部頸縮現(xiàn)象，如圖2。

圖2 試驗(yàn)時子彈拋落在坑口(上)以及回收彈體端蓋分離、頭部頸縮(下)

3 故障原因定位

子彈直立動作完成經(jīng)過預(yù)定的延時后啟動增速機(jī)構(gòu)，推動后級子彈運(yùn)動，后級子彈頭部的可潰縮探頭碰撞一級引信閉合開關(guān)啟動前級雷管，引爆一級戰(zhàn)斗部形成射流在跑道上開孔；后級子彈沿前級預(yù)開孔進(jìn)入跑道內(nèi)部，經(jīng)過預(yù)定的延時后隨進(jìn)子彈起爆，完成毀傷機(jī)場跑道功能。

圖3為時間窗模型圖。子彈串聯(lián)隨進(jìn)的時間窗匹配條件模型可定義如下：

T1≥T2+T3+T4+T5

(2)

圖3 子彈串聯(lián)隨進(jìn)時間窗模型示意圖

即從后級可潰探頭接觸前級閉合起爆電路到后級本體運(yùn)動至前級閉合開關(guān)初始位置時間T1不小于其他所有時間段之總和。

(3)

其他時間段分別定義為：

自從那件事發(fā)生以后，老福離開了刑警隊(duì)，到現(xiàn)在還沒想好去處。老福的年紀(jì)并不大，才四十出頭，看上去卻像五十多歲，那張狹長的臉上布滿了淺淺的皺紋，頎長的身材無論在他坐在那張轉(zhuǎn)椅里還是快步行走時都好像沒有重量。尤其是他那雙眼睛，目光持重而銳利，熟悉的人從沒覺得他年輕過。

T2為前級起爆電路從探頭接觸到閉合開關(guān)電路接通時間(s)；T3為前級雷管發(fā)火時間(s)；T4為前級裝藥完全爆轟時間(s)；T5為前級裝藥完全爆轟到后級通道完全打通時間(s)。

該時間窗模型的含義是，在后級子彈增速前沖情況下，從后級可潰探頭接觸前級閉合起爆電路到后級本體運(yùn)動至前級閉合開關(guān)初始位置時間，必須大于前級起爆電路接觸變形導(dǎo)通時間、前級雷管完全作用時間、前級裝藥完全爆轟時間、前級殼體通道打通時間四者之和，并且兩者的差值越大越好。因此在后級初始速度一定的前提下，后級探桿越長越有利(不考慮探桿長度增加對速度的不利影響)；而T2、T3、T4、T5單獨(dú)及其四者之和越小越好，該模型的確定為后級子彈可靠隨進(jìn)明確了實(shí)現(xiàn)途徑。

4 模型量化分析與試驗(yàn)驗(yàn)證

反跑道串聯(lián)隨進(jìn)子彈第一輪方案試驗(yàn)時前級采用針刺雷管，其瞬發(fā)度為T3=150 μs，試驗(yàn)中后級正常增速，前級正常開坑，但后級子彈未能正常隨進(jìn)而是拋落在前級漏斗坑附近。

經(jīng)對該狀態(tài)下的時間窗模型進(jìn)行分析，考慮探頭潰縮阻力、內(nèi)彈道過程以及前級爆轟場產(chǎn)生的速度降的共同作用計(jì)算得到時間T1，決定T1初始速度的內(nèi)彈道曲線v-t曲線，如圖4。

圖4 決定T1初始速度的內(nèi)彈道v-t曲線

經(jīng)仿真計(jì)算及試驗(yàn)測定子彈初始速度為100 m/s，在該結(jié)構(gòu)下通過仿真計(jì)算得到在爆轟場作用下的速度降約為60 m/s，據(jù)此按照平均速度測算得到T1=228.6 μs；根據(jù)潰縮探頭距離及電路接觸時平均速度得到前級起爆電路壓縮、變形導(dǎo)通時間T2=14.29 μs；針刺雷管固有參數(shù)T3=150 μs；采用AUTODYN仿真計(jì)算得到時間前級裝藥完全爆轟時間T4為12.76 μs，如圖6；前級通道打通時間T5為59.87 μs[8-9]，如圖7，則時間窗模型中所有參數(shù)均為已知，其具體取值如表1。

圖5 前級仿真網(wǎng)格劃分(1/4模型)

圖6 數(shù)值仿真得到時間窗模型中T4(1/4模型)

表1 前級采用針刺雷管的時間窗模型取值 μs

由表1所示時間段的取值可見，由于針刺雷管瞬發(fā)度水平低，全作用時間T2達(dá)到了150 μs，占據(jù)了時間窗模型總時間的63%，且本身針刺雷管作用時間散布也較大，此時時間窗條件左側(cè)

T1=228.6 μs

(4)

時間窗條件右側(cè)

T2+T3+T4+T5=236.92 μs

(5)

則

T1≤T2+T3+T4+T5

(6)

該式不滿足串聯(lián)隨進(jìn)時間窗條件，導(dǎo)致后級子彈無法正常串聯(lián)隨進(jìn)。具體原因?yàn)楹蠹壸訌椷\(yùn)動至起爆開關(guān)初始位置時(T1=228.6)，此時前級裝藥已爆轟完畢，前級通道正在打通過程之中，由于

(T2+T3+T4=177.05)≤(T1=228.6)≤

(T2+T3+T4+T5=236.92)

(7)

則后級隨進(jìn)子彈直接撞擊在前級爆轟場作用下正在變形破壞過程中的前級引信、前級殼體，此外前級爆轟產(chǎn)物也會作用于后級子彈，兩者共同作用會導(dǎo)致子彈存速降低，并且由于撞擊作用隨進(jìn)子彈方向也發(fā)生偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致子彈不能沿前級預(yù)開孔侵徹隨進(jìn)，嚴(yán)重時后級子彈存速甚至可能降低至0，導(dǎo)致隨進(jìn)失敗。

在該時間窗模型下，后級子彈直接進(jìn)入前級爆轟場，還會導(dǎo)致后級子彈的結(jié)構(gòu)安全性與隔爆安全性大幅降低，甚至?xí)霈F(xiàn)后級子彈被前級殉爆的情況，試驗(yàn)中曾出現(xiàn)后級子彈殼體頭部頸縮，引信在強(qiáng)力擠壓作用下與彈體脫離，內(nèi)部裝填物外泄。

圖8 采用針刺雷管時后級子彈頭部頸縮故障仿真復(fù)現(xiàn)

圖9 采用瞬發(fā)雷管時后級子彈正常串聯(lián)隨進(jìn)

針對故障試驗(yàn)結(jié)果以及對第一輪試驗(yàn)的時間窗分析，確定了子彈不能正常隨進(jìn)的主要原因是時間窗實(shí)際參數(shù)不能滿足時間窗模型，具體為針刺雷管瞬發(fā)度偏低導(dǎo)致達(dá)不到串聯(lián)隨進(jìn)時間窗要求，由于T2、T4、T5取決于材料與彈體結(jié)構(gòu)，本身不具備較大幅度調(diào)節(jié)的條件，相比而言提高前級雷管瞬發(fā)度易于實(shí)現(xiàn)，因此在第二輪方案中，決定在保持原彈體基本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上換用瞬發(fā)電雷管(雷管瞬發(fā)度30us)，降低時間窗右側(cè)的總時間量值，以滿足時間窗模型，在此條件下時間窗模型參數(shù)取值如表2。

表2 前級采用瞬發(fā)電雷管的時間窗模型典型取值 μs

則時間窗條件如下式

(T1=228.6)≥(T2+T3+T4+T5=116.92)

(8)

故采用瞬發(fā)雷管滿足串聯(lián)隨進(jìn)時間窗條件，后級子彈能夠保證正常隨進(jìn)。針對該隨進(jìn)故障進(jìn)行子彈改進(jìn)后的第二輪試驗(yàn)結(jié)果如圖9，采用高瞬發(fā)度雷管后，后級增速正常，前級正常開坑，后級子彈順利隨進(jìn)并侵徹到跑道內(nèi)500 mm深度位置，滿足后級子彈起爆深度要求。

采用瞬發(fā)電雷管時，從時間窗數(shù)據(jù)分析可知后級子彈運(yùn)動至前級起爆開關(guān)初始位置時(228.6 μs)，前級探頭接觸通電、雷管發(fā)火、前級爆轟、前級通道打開等動作都已經(jīng)完成(116.92 μs)，且具有較大的時間余量(111.68 μs)，這表明后級子彈在前級爆轟完成與前級通道打開后，距離前級引信、前級爆轟場的距離還相對較遠(yuǎn)，能夠保證后級子彈具有較小的速度降與較大的隔爆距離，這對于保證后級子彈的裝藥安全性與子彈在較大的存速下正常串聯(lián)隨進(jìn)是至關(guān)重要的。

5 結(jié)論

根據(jù)以上串聯(lián)隨進(jìn)故障分析建立的時間窗匹配模型以及對子彈的改進(jìn)試驗(yàn)驗(yàn)證，可得到結(jié)論：

1) 由于采用了瞬發(fā)度較低的針刺雷管，導(dǎo)致時間窗條件不滿足而引起前期隨進(jìn)失敗；

2) 通過時間窗模型分析換用高瞬發(fā)度雷管后，子彈順利串聯(lián)隨進(jìn)，驗(yàn)證了改進(jìn)模型的有效性。

3) 時間窗匹配技術(shù)是串聯(lián)隨進(jìn)子彈設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)，對于破爆型、破破型、破穿型串聯(lián)隨進(jìn)子彈要實(shí)現(xiàn)串聯(lián)隨進(jìn)都無法回避這一問題，本研究提出的模型可供其他串聯(lián)戰(zhàn)斗部參考。

[1] 北京工學(xué)院八系.爆炸及其作用[M].北京：國防工業(yè)出版社，1979.

[2] 涂侯杰、惲壽榕，趙衡陽.破爆型串聯(lián)戰(zhàn)斗部第一級爆炸對第二級影響的研究[J].兵工學(xué)報(bào).1994.(3)：18-22.

[3] 段建，楊黔龍等.串聯(lián)戰(zhàn)斗部前級聚能裝藥和隔爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[J].高壓物理學(xué)報(bào).2006.(2)：202-206.

[4] 陳惠武，張先鋒，黃正祥.二級破/穿爆型串聯(lián)攻堅(jiān)戰(zhàn)斗部技術(shù)研究[C]//第三十一屆彈藥年會論文集.南京,[出版社不詳].2003.

[5] 王瑞臣.彈丸對混凝土介質(zhì)斜侵徹效應(yīng)研究[M].北京:北京理工大學(xué)，1998.

[6] PEZZICA G,DESTEFANIS R AND FARAUD M.Numerical simulation of orbital debris impacet on spacecraft.Structure under shock and impact,275-284.

[7] 徐文學(xué)，彈丸對混凝土靶的貫穿機(jī)理.中南大學(xué)學(xué)報(bào),2001,32:173-175.

[8] HEUZE F E.An Overview of Projectile Penetration into Geologic Materials,with Emphasis on Rocks.Int J Rock Mech Min Sci,1990,27(2):221-228.

[9] 楊冬梅,王曉鳴.反機(jī)場彈藥斜侵徹多層介質(zhì)靶的三維數(shù)值仿真[J].彈道學(xué)報(bào),2004,16(3):83-87.

(責(zé)任編輯 周江川)

Analysis of the Malfunction of a Tandem Follow-Through Submunition

WANG Zhenyu, CHEN Jiang, ZHANG Zhenfeng, REN Ming

(Chongqing Hongyu Precision Industry Co., Ltd., Chongqing 402760, China)

In light of the malfunction of the penetrating process of the latter stage warhead of a tandem follow-through anti-runway submuniton, this paper established the time window model of the submunition, and also the exact quantity of parameters affect the whole working process of the submunition in the model are given, and by this way, the cause of the malfunction is determined. Based on the model, the relative parameters that affect the test result most are modified. The successive penetration of the latter stage warhead of the submunition into the hole produced by the former stage shaped charge in the following tests proved the effectiveness of the model, and this model can be referenced when designing other tandem warheads.

anti-runway；tandem follow-through；submunition；time window; matching

10.11809/scbgxb2017.07.009

2017-02-27；

2017-03-25

王震宇(1976—)，男，博士，主要從事子母彈與彈藥效能評估研究。

format:WANG Zhenyu, CHEN Jiang, ZHANG Zhenfeng, et al.Analysis of the Malfunction of a Tandem Follow-Through Submunition[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(7):42-45.

TJ410.33

A

2096-2304(2017)07-0042-04