97式18.4mm动能痛块弹外弹道性能分析

董旭丹 翟晓军

（武警工程大学装备运输系 陕西 西安 710086）

近年来，在处置拉萨“3·14”事件、新疆“7·5”事件中，公安特警及部分武警官兵都使用了97式18.4mm防暴枪。实战中防暴枪配用97式18.4mm动能痛块弹射击时，经常出现近距离过度伤害；远距离散布大，威力过小的窘境，即“近距离不敢用”，“远距离打不上，打上没作用”的问题比较突出，这就大大限制了防暴枪弹的使用。因此需要对97式18.4mm动能痛块弹进行外弹道性能分析，找出弹道性能差的原因，以便于优化或重新设计弹形，提高初速的同时，也提高弹丸的飞行稳定性以及存速能力，使其满足防暴枪对非致命弹丸的外弹道性能要求。

弹丸的外弹道特性主要包括飞行稳定性、存速能力以及射弹散布等，下面分别进行分析。

尾翼弹在空气中的飞行稳定条件主要包括具有静态稳定性和动态稳定性。静态稳定性由静态稳定储备量来衡量，由于飞行姿态的影响，弹丸飞行时压力中心在不断变化，因此一定的静稳定贮备量是对弹丸稳定飞行的起码要求，其保证弹丸不发生翻倒。目前国内外普遍采用的尾翼弹静稳定贮备量最佳数值约为10%～30%。97式18.4mm动能痛块弹属于不旋转的尾翼稳定弹丸，存在一个最佳稳定贮备量，使弹丸在全弹道上攻角较小。实际实验观察得出痛块弹丸具有静态稳定性，但静稳定贮备量较大，弹丸出枪口时会随机性地产生比较大的起始扰动，因此静稳定贮备量的数值需要进一步调整，以保证痛块弹丸具有更好的飞行稳定性。动态稳定性的要求就是弹丸在飞行过程中，章动角的幅值要不断减小。由外弹道学研究得出：by＋Kzz-bx-(gsinθ)/v2＞0时， 飞行比较稳定。痛块弹丸弹道切线倾角θ≈0°，将97式18.4mm动能痛块弹受力参数即by、Kzz、bx代入解算，可以得到b微大于0，则弹丸在飞行中具有动态稳定性，但由于阻尼运动的振幅衰减较慢，弹丸飞行稳定性依然较差。[1]

由外弹道实验得出，97式18.4mm动能痛块弹在射击距离80m时，弹丸的着靶速度由枪口的140m/s，衰减为不足40m/s，达不到防暴枪械设定的有效非致命打击要求，弹丸的存速能力较差。因痛块弹丸为亚音速飞行，所以其受到的空气阻力主要是摩擦阻力与涡流阻力。摩擦阻力约占总阻力的35%～40%，因材料、制作工艺的局限，97式18.4mm动能痛块弹的橡胶弹丸制作成型后表面处理较为简单，表面光洁度较差。同时由于其弹丸特殊的外形结构，使弹丸表面积大大超过常规外形的弹丸，这都导致弹丸飞行时的摩擦阻力较大。弹丸的最大横截面有两处，分别位于弹头部及弹尾部，最大横截面后的断面变化都很急剧，痛块弹在空气中飞行时，弹丸中间收缩部及尾部的附面层与弹体分离，形成涡流而使压力降低，这样所造成的阻力就是涡流阻力，涡流阻力约占总阻力的60%～65%，影响涡流阻力的主要因素是弹尾部形状、弹丸与气流之间相对运动速度的大小、方向以及弹丸底部是否排气等。结合目前的实际条件，痛块弹丸如果做成流线型的底部结构，就可以较大程度地减小涡流阻力[1][2]。

痛块弹在30m距离时的立靶密集度为30cm×40cm，射击更远目标显然不能达到要求的射弹精度，这就造成了“远距离打不上”的问题；同时，即便能够击中目标，痛块弹丸也有可能击中目标的危险易损伤部位，非致命打击的安全性和有效性大打折扣。直接或间接地影响痛块弹丸射弹散布的因素主要有以下几个方面[2]：

（1）弹丸自身的因素。由于制造工艺等原因，不能保证每发痛块弹丸的质量大小完全一致。同时由人为控制的痛块弹装药量、药温、药形、药室容积及燃烧条件等，也不可能完全相同，这就造成每发痛块弹丸的枪口初速可能也会有所差别。在加工过程中，痛块弹丸外形的对称性、质量分布的均匀程度都会有所差别。

（2）起始扰动。起始扰动是导致痛块弹射弹散布过大的重要原因。它是指弹丸在出枪口过程中，由于一系列扰动因素的影响，在出枪口瞬间，痛块弹丸的弹轴与运动方向形成一个初始章动角δ0的偏差。δ0的存在直接影响到弹丸的飞行稳定性，从而对射弹散布产生较大的影响。随机性的起始扰动的产生，使痛块弹丸在出枪口后30m距离以内飞行时，速度及姿态都差别较大，弹丸在各种受力及力矩的作用下逐渐调整，趋于飞行稳定。这就造成射击距离30m时，实验测定痛块弹丸的速度值出现一定范围内的随机性波动，影响在该距离段上动能非致命打击的精准度。

（3）气象条件的差别。射击时如果出现阵发性的风速、风向等变化，对痛块弹丸的射弹散布也会有一定的影响。

由上述外弹道分析得出，进行弹形改进时，重点解决痛块弹丸存速能力差及射弹散布过大的问题时可从以下方面入手[3]：

（1）改变装药量，改变圆弧形头部的长度，尾部做成船尾形或者底凹形，增大稳定力矩系数及阻尼力矩系数，使痛块弹丸具有合理的气动外形，提高弹丸存速能力的同时使弹丸具有较强的抗干扰能力，加快章动角的衰减。

（2）适当改变尾翼形状，采用斜置尾翼或尾翼斜切角，使弹丸低速旋转起来，减小弹丸外形与质量分布的不均匀性带来的射弹散布；同时要避免共振及马格努斯效应带来的不良影响，选择合理的转速。

［1］浦发,芮筱亭.外弹道学[M].北京:国防工业出版社，1989:231-232,21-27.

［2］金达根,任国民，苏根良.实验外弹道学[M].北京:兵器工业出版社,1991:12-15,117-124.

［3］刘怡昕,刘玉文.外弹道学[M].北京:海潮出版社,1998.