一种具有高低压药室装药药盒的设计研究

王殿湘，吴玉均，仵和平，杨正才，乔改霞，赵 亮

（1.海军驻西安弹药专业军代表室，陕西 西安，710025；2.北方特种能源集团有限公司西安庆华公司, 陕西 西安，710025）

智能地雷用于迟滞、阻碍、打击并毁伤敌方运动的集群装甲目标，其主要优点是隐蔽性高、灵活性强、作用时间短、打击精度较高，因此在设计该武器系统时要求其发射身管较短、质量较轻、发射系统作用时间快、具有稳定的初速。为了可靠实现以上指标，作为武器系统核心部件之一的发射系统设计尤为重要，发射系统设计的关键点就在药盒的设计上。本文利用药盒装药高压燃烧、低压膨胀做功的原理对装药结构进行了设计，将发射药装填在体积较小、强度较高且开有排气孔的高压室内，作用时，发射药在高压室内燃烧产生的气体通过排气孔到达低压室，然后推动子弹药运动。该药盒结构可保证发射药在高压室燃烧完全，充分地利用了发射药的能量，同时，由于武器系统承受的压力较低，减小了身管的厚度和武器的质量，从而保证了智能地雷武器系统的研制。

1 结构设计依据

1.1 技术难点

目前，高低压装药结构设计主要应用在轻型武器上，以减小武器承受压力的同时获得高初速，如枪榴弹、高射炮等。而本文设计的药盒应用在智能地雷发射系统上，其发射身管较短，子弹药与身管一样长，而且子弹药的形状特殊，与轻型武器的发射装置有很大的区别，使得该武器发射系统药盒装药没有多少可借鉴的经验；同时，该武器还要求较轻的质量、较小的体积，这给药盒的设计提出了更高的要求，既要保证该武器系统具有稳定的射速、较短的作用时间，还要保证武器系统便于携带、作用时承受压力较小等要求。

1.2 设计途径

为了保证发射药在膛内燃烧完全，同时降低武器系统承受的压力，必须使用速燃发射药，如使用 2/1樟发射药。但速燃发射药趋向于增加膛压和增大武器的质量，通过采用高低压药室装药的药盒设计可使该问题得到有效地解决。而药盒的设计则主要是通过对高低压药室理论模型的建立，对药盒衬垫材料、厚度以及气体流出孔的数量、尺寸和位置进行对比试验，从而得出较优的药盒设计方案。

1.3 高低压药室理论模型的建立

对智能地雷发射系统进行结构分析，同时结合高低压药室装药作用原理，对高压室向低压室的两相流动进行分析，建立了如图1所示的装药模型。

图1 装药模型Fig.1 Model of charge

其弹道循环过程为：点火具引火点燃高压室的装药，火药装药在定容高压室燃烧，直到火药气体压力达到高压室的破孔压力，将高压室衬垫穿透；然后，火药气体和已燃药粒从高压药室隔离板的孔中流出，高压药室的火药继续燃烧，通过隔离板的火药也继续在低压室燃烧，当低压药室的压力达到武器系统子弹药启动压力后，子弹药开始沿着发射身管运动。燃烧先在高压室中结束，然后只有火药气体从孔中流过，接着低压药室的火药燃烧接近结束，直到完全结束，子弹药在火药气体膨胀过程中继续加速运动。结合试验，给出了高压室和低压室的压力——时间曲线，如图2所示，其装药是25g 2/1樟发射药。

根据建立的理论模型，利用密闭爆发器试验的方法，对药盒衬垫材料、厚度以及气体流出孔的数量、尺寸等因素进行了对比及验证试验，分析了其对弹道特征的影响，得出了药盒结构设计的较优方案。

图2 高压室和低压室的压力——时间曲线Fig.2 P——t curve in high and low pressure chamber

2 试验与结果分析

2.1 衬垫材料对弹道性能的影响

为了使药盒的衬垫能够在发射药全面燃烧并达到一定压力后才被穿透，同时为了保证弹道的一致性，选用5L密闭爆发器，在固定装药量为25g 2/1樟发射药、开孔数量为24、气体流出孔为φ8mm的条件下，对不同药盒衬垫材料、不同厚度进行了试验研究，其结果如表1所示。

表1 衬垫材料对弹道性能的影响Tab.1 Influence of pad material on ballistic performance

表1试验结果表明，选用铝带作为衬垫材料优于其它几种材料，从不同厚度试验结果上分析得到，选用0.2～0.3mm厚度能够较好地满足设计要求，同时保证了药盒的结构强度。

2.2 气体流出孔数量和直径对弹道性能的影响

为了确定药室间气体流出孔的数量和直径的影响，选用5L密闭爆发器，在25g 2/1樟发射药、衬垫为（0.25±0.05）mm铝带的情况下，分别对12孔、直径φ6mm，24孔、直径φ4mm，24孔、直径φ5mm，24孔、直径φ6mm进行了试验研究，其结果如表2所示。

表2 气体流出孔数量和直径对弹道性能的影响Tab.2 Influence of number and diameter of gas hole on ballistic performance

试验结果表明，压力随着药盒气体流出孔数量的增加、孔径的增大而减小；峰值时间随着药盒气体流出孔数量的增加、孔径的增大而延长。为了使药盒作用后结构完好，同时可靠实现发射药的完全燃烧，提高火药利用率，选用气体流出孔为24孔、φ6mm的药盒能够较好地满足以上要求，同时实现了高压燃烧、低压做功。

2.3 不同装药量对弹道性能的影响

在气体流出孔为φ6mm、24孔，衬垫为（0.25±0.05）mm铝带的情况下，为了确定装药量对弹道性能的影响，结合智能地雷发射系统试验，对不同装药量的药盒进行了试验研究，其结果如表3所示。

表3试验结果表明，随着装药量的增加，平均膛压增大，而平均炮口初速几乎没有多大变化，药盒的结构强度也几乎不受装药量的影响，根据总体的技术指标要求，选取装药量23g即能满足设计要求。

表3 不同装药量对弹道性能的影响Tab.3 Influence of charge quantity on ballistic performance

3 结论

本文进行了高低压装药结构药盒理论模型的建立以及验证试验，重点对高低压形成的影响因素进行了试验研究。通过对药盒衬垫材料及其厚度、气体流出孔数量及大小的试验对比，得出了当药盒衬垫选择0.3mm的铝带，气体流出孔数量为24、大小为φ6mm时能较好地改善智能地雷武器系统的内弹道性能；同时通过对不同装药量试验数据的分析，得出了药盒装药量与膛压的线性关系，对智能地雷发射系统装药量的调整提供了经验。该药盒的设计实现了火药利用率高、装药燃烧完全、武器系统承受的压力较低，以及减小燃烧室、发射管的壁厚和武器系统的质量等要求，为该武器系统的成功研制打下了基础。

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