迫击炮防重装弹装置的研究

许俊杰

(中国人民解放军第三三〇三工厂技术研究院,湖北 武汉 430063)

迫击炮是第一次世界大战期间适应堑壕战而兴起的火炮,在当时的阵地战和以后大规模战争、局部战争中均发挥过重要作用[1].迫击炮由于其射速快、威力大、体积小、重量轻、机动灵活等优点,适应在山地、丛林、水网、城市地区作战,是步兵不可缺少的基本火力支援武器,在现代战争中仍发挥着重要作用.然而在实弹射击时,由于时间紧、射速高,炮手在疲劳和紧张的状态下进行机械式地快速装弹,加之战场上火光冲天、爆炸声此起彼伏,很难判断炮膛内的炮弹是否已射出.若由于哑弹、迟发火等原因而造成二次装弹(重装弹),将会很容易产生膛炸等严重事故,造成炮毁人亡.迫击炮防重装弹装置的研究,就是保证实弹射击时,第一发炮弹未出炮口,第二发炮弹将无法装填,以确保武器和人员的安全.

1 技术现状

目前国内外研究发展的迫击炮防重装弹装置有三类技术方案,即光电式、电磁式、机械式[2].由于应用光电和电磁原理的迫击炮防重装弹装置,在战场实际使用中存在结构复杂、环境适应性差、易误判、抗干扰能力差等缺点,影响工作的稳定性和可靠性,限制了其进一步的应用和推广.

机械式防重装弹装置最具代表性的是俄军迫击炮所采用的防重装弹装置.图1为俄M1937式82毫米迫击炮防重装弹装置,它主要由本体、螺环、半圆环、挡弹钣、挡弹钣轴、杠杆、扭压弹簧和护罩等组成,结构简单,能有效防止弹药重装.由于该装置为单侧单向受力,所以射击时必然对迫击炮弹的弹道一致性产生影响[2].

图1 俄M1937式82毫米迫击炮防重装弹装置

某院校设计的防重装弹装置采用拨叉摆臂式结构,主要由拨叉组件、摆臂组件、防松组件和机体等部分组成,对称式配置方案[2].该装置结构紧凑、重量轻,与炮身连接方便、可靠,基本不会对炮弹运动的正确性产生影响.但因配合部位较多,弹簧扭力的控制要求严格等,目前也尚未推广.

鉴于以上实际技术难题,笔者设计了一种新型迫击炮防重装弹装置,采用凸轮—连杆结构原理.

2 结构组成和原理

该迫击炮防重装弹装置主要由基座、半圆楔块、固定螺套、阻弹钣、滚轮、凸轮轴、拉动弹簧、连杆、拨动头组件、轴、销轴等组成.基座是该装置的基础单元,它靠半圆楔块和固定螺套与迫击炮炮管进行可靠连接,并为其他功能部件提供安装位置和基准.阻弹钣的开启和闭合能够有效实现炮弹的装填和防重装弹,它通过轴与滚轮连接,在拉动弹簧的作用下,沿凸轮轴外廓线运动.阻弹钣和拨动头均通过销轴与连杆连接,从而实现二者的联动功能,从而构成可往复操作的凸轮—连杆防重装弹装置(图2).装置在阻弹钣开启状态下,由拨动头与基座接触进行限位,凸轮轴上同时限位;在阻弹钣闭合状态下,自行与基座接触进行限位,动作连贯、可靠,由于采用对称式配置,也不影响炮弹运动的正确性.迫击炮防重装弹装置的设计重点是凸轮轴的形状及尺寸、拨动头组件等.

图2 凸轮—连杆防重装弹装置机构原理示意图

凸轮轴,凸轮廓线形状及参数如图3所示,其中图3a为偏心结构,图3b为涡线结构,偏心结构较容易加工,而涡线结构自动回位效果更好,可根据系统具体参数选定.

拨动头组件由拨动头和拨动支架、弹簧等组成,拨动头相对拨动支架只能向上单方向转动,并在弹簧力的作用下复位,确保迫击炮弹在射出过程中,拨动头与迫击炮弹尾翼无卡滞,弹簧力不易过大.另外在迫击炮弹装填时,拨动头前端形状应能可靠避让炮弹尾翼齿,避免因炮弹尾翼齿与拨动头间产生较大正压力使阻弹钣提前闭合.

图3 凸轮轴凸轮廓线形状及参数

3 运动过程描述

炮弹装填过程(此过程阻弹钣由开启状态变为闭合状态,防止重装弹):迫击炮炮膛内无炮弹进行装填前,位于防重装弹装置上部的阻弹钣处于开启状态,此时下部拨动头组件的拨动头向基座内突出,迫击炮弹装填时,炮弹下部的圆锥面接触拨动头,进而下压,拨动头组件向下转动,通过连杆带动阻弹钣向下转动,当阻弹钣带动滚轮旋转通过凸轮轴半径R的圆弧段(最大径段)后,阻弹钣将在拉动弹簧的作用下自动向下转动至闭合状态,并同时通过连杆带动拨动头组件继续向下转动,从而使拨动头前端从基座内部完全缩回.此时由于阻弹钣闭合,在炮膛内炮弹未成功发射出去之前,第二发炮弹将无法装填.

炮弹发射过程(此过程阻弹钣由闭合状态变为开启状态,能够装填炮弹):炮弹自炮膛内部射出时,阻弹钣被冲开向上转动,并同时通过连杆带动拨动头组件向上转动,当阻弹钣在冲击力和拉动弹簧力的作用下,转动到位后,将受拉动弹簧力的作用而保持在开启状态,此时拨动头组件的拨动头向基座内突出,可以进行下一发炮弹装填.

该迫击炮防重装弹装置在炮弹装填过程和炮弹发射过程中,只要根据炮弹的外形选择合适的中心距尺寸,加上拨动头组件的拨动头可向上单方向旋转,装置不会发生任何卡滞现象.

4 技术性能分析

4.1 发火可靠性分析

由于迫击炮加装防重装弹装置后,相当于将炮管加长了一部分,且该迫击炮防重装弹装置与某院校设计的拨叉摆臂式结构相比,基座稍长,拨动头在炮管上方,且阻力更小,因此不会影响炮弹下滑到膛底的速度,满足迫击炮发火可靠性要求.

迫击炮弹下滑到膛底的速度

其中:μ为特定系数;Δ为弹炮的直径间隙;r为火炮半径;ρ0为大气密度;θ0为射角;f为摩擦系数;m为炮弹质量;g为重力加速度.

4.2 弹道一致性分析

迫击炮弹在膛内发射过程中,存在着许多不均衡的因素,如:质量偏心,弹轴与炮膛轴不重合,火药气体压力偏心,火药气体的不均衡外泄等.这些不均衡因素使得迫击炮弹在膛内定心突起部为支点的摆动,由于摆动是随机的,将使迫击炮弹的散布增大[3].该迫击炮防重装弹装置的阻弹钣和拨动头组件均是对称配置的,且相对于火药气体的压力而言,阻力非常小,作用时间又很短,因此不会影响炮弹的弹道一致性.

5 结论

由于迫击炮炮弹弹翼处外径尺寸与炮弹中部最大径尺寸一致,使得迫击炮防重装弹装置的结构设计技术难度大.本文所述的迫击炮防重装弹装置既能可靠防止迫击炮弹的重装,又不会在炮弹正常装填和发射过程中产生卡滞.能够往复操作,使用寿命长,且能够方便快捷地安装在炮管前端,牢固无松脱;能在冲击、震动、雨雪等恶劣条件下使用,不受任何电磁干扰的影响.

[1]王学桢.浅谈迫击炮的现状和未来[J].兵工标准化,1999(4):25-27.

[2]王卫民,刘秋生.迫击炮防重装装置研究[J].军械工程学院学报,2008(5):34-37.

[3]魏惠之,朱鹤松,汪东晖,等.弹丸设计理论[M].北京:国防工业出版社,1985:177-184.