某榴弹炮底凹杀爆弹损伤炮口制退器原因分析及解决措施*

李　嘉，仵　婧，刘佳佳，谢　飞（辽沈工业集团有限公司，沈阳　110045）

某榴弹炮底凹杀爆弹损伤炮口制退器原因分析及解决措施*

李嘉，仵婧，刘佳佳，谢飞
（辽沈工业集团有限公司，沈阳110045）

国内装备的某中口径榴弹炮底凹杀爆弹在部队训练时，出现损伤炮口制退器故障，经数值仿真分析，确定了产生原因，调整了底凹尺寸。经改进，该弹再也没有出现类似问题。该问题的解决，对其它同类产品有一定的借鉴作用。

榴弹；炮口制退器；底凹

0　引言

国内某中口径榴弹炮底凹杀爆弹经过严格的设计定型及生产定型考核，技术状态一直比较稳定，但有一次部队在训练使用时，出现了一发射击后，前方观测人员没有看到落点的问题。事后对火炮进行检查，发现炮口制退器上端有被硬物打伤的痕迹，见图1。为此，开展原因分析及解决工作。

图1　炮口制退器（内孔上端有硬物打伤痕迹）

1　原因分析

1.1产品结构

该弹是分装式结构，由弹丸和发射装药组成，见图2。弹丸采用底凹结构，通过改善弹形提高射程，是国内外80年代普遍采用的增程技术之一。

图2　弹药结构图

对出现问题批产品从原材料及生产过程、检验过程记录进行了复查，没有发现问题；该批产品出厂时经过强度、装药安定性及地面密集度交验，也没有发现问题。

问题出现后，对产品计算说明书进行了复查，该弹在最大膛压点处的弹体强度以及炮口处的强度均满足要求，且有一定的余量。但是在计算强度时，弹体各部分尺寸是选中限尺寸计算的。

1.2数值仿真分析

1.2.1底凹装置炮口压力场模型

图3　底凹装置炮口压力场模型

1.2.2底凹结构强度的工程计算

设底凹装置结构示意图如图4所示，为一个对称变形的变壁厚圆筒。由板壳理论可以推出，底凹装置沿尾裙部自由边缘处的弯曲应力σZ为：

图4　底凹装置结构示意图

底凹装置沿尾裙部自由边缘处的切向应力σt为：

底凹装置沿尾裙部自由边缘处的径向应力σr为：

上述三向应力按第四强度理论可以得到底凹装置沿尾裙部自由边缘处内表面的综合应力¯σ0为：

底凹装置内部根部弯曲应力σE为：

底凹装置内部根部剪应力τE为：

采用上述的工程计算方法，对该弹的底凹结构强度进行了计算，计算结果如表1所示。

表1　某杀爆弹底凹结构强度工程计算法计算结果（炮口处）

该弹弹体采用正火处理方法，成品弹体的抗拉强度大于550 MPa，按照中限尺寸计算结果，该弹底凹强度满足要求；如果按照极限尺寸计算结果，该弹底凹强度不满足要求。

1.2.3数值仿真计算结果

以下是用ANSYS7.0有限元仿真分析软件对该弹底凹结构强度性能进行仿真分析计算。计算中采用了图3所示的底凹装置炮口压力场模型。按照中限尺寸与极限尺寸的有限元计算结果（综合应力）分别如图5、图6所示，图中应力单位为Pa。

图5　某弹底凹综合应力图（中限尺寸）

图6　某弹底凹综合应力图（极限尺寸）

表2　某弹底凹结构强度有限元计算结果（炮口处）

表2所示的有限元计算结果与表1所示的工程计算结果在数值上有很好的一致性。由图5～图6可见，底凹装置综合应力的最大值发生在沿尾裙部自由边缘处内表面的局部区域，这与表1所示的工程计算结果在位置上有很好的一致性。

由工程计算和数值仿真结果分析，该弹按照中限尺寸计算，满足强度要求，但在极限尺寸状态下，强度就不满足要求了。

研制过程，很少加工到极限尺寸进行试验，没有考核出来，这是今后研制中应该注意的地方。另外，产品交验时，只进行强装药及常温试验考核也不合理。通过内弹道计算，该弹采用高氮量单基药，这种发射药在强装药时炮口压要低于常温的炮口压，低温的炮口压最大。因此，要对底凹弹产品进行严格的交验考核，应该用强装药考核弹体圆柱部的发射强度，用低温考核底凹处的强度。

2　改进措施

为了解决底凹强度不足的问题，可以采取两个方案，一个方案是适当增加底凹边缘处的厚度，另一个方案是增加弹体的机械性能。

考虑到增加弹体材料的机械性能要采取热处理工艺，生产成本增加；而提高弹体机械性能，加工成本也要增加，有可能还要损失威力。综合考虑，采取了增加底凹边缘厚度的措施。底凹边缘厚度变化影响弹丸的内外弹道，不易大动。根据理论计算结果，改进方案，将底凹边缘极限尺寸按照原弹中限尺寸进行调整，适当加厚边缘尺寸。

对改进方案进行了试验验证，主要考核强装药下的弹体发射强度、低温时的底凹强度、外弹道通用射表等。经过试验考核，各项性能满足指标要求。

3　结论

通过理论计算分析，调整方案满足强度要求，并通过了军方组织的技术鉴定。后续生产的产品没有再次出现类似问题，该问题得到圆满解决。

［1］ 马宝华.引信构造与作用［M］.北京：国防工业出版社，1984：314.

［2］ 魏惠之，朱鹤松.弹丸设计理论［M］.北京：国防工业出版社，1985：357.

［3］郭锡福.火炮武器系统外弹道试验数据处理与分析［M］.北京：国防工业出版社，2013：336.

［4］ 钱翼稷.空气动力学［M］.北京：北京航空航天出版社，2013：430.

［5］ 徐明友.高等外弹道学［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，辽宁盖县人，工程师，学士，研究方向：弹药总体设计。