某型单兵火箭弹内弹道性能研究

刘萌阳,路桂娥,江劲勇,丁新海,王 彬

(1.军械工程学院弹药工程系,河北 石家庄 050003；2.军械技术研究所,河北 石家庄 050000； 3.山西北方兴安化学工业有限公司,山西 太原 030008)

某型单兵火箭弹内弹道性能研究

刘萌阳1,路桂娥2,江劲勇2,丁新海3,王 彬2

(1.军械工程学院弹药工程系,河北 石家庄 050003；2.军械技术研究所,河北 石家庄 050000； 3.山西北方兴安化学工业有限公司,山西 太原 030008)

为了研究某型单兵火箭弹在长时间储存后的性能变化规律，对其内弹道性能进行了静态测试和动态飞行试验。通过静态测试试验分析了不同储存时间火箭弹的最大压力和工作时间，通过动态飞行试验分析了不同储存时间火箭弹的初速和胶板状态。结果表明：随着储存时间的增加，火箭发动机最大压力减小，工作时间缩短，散布范围增大，但对使用安全不构成威胁；火箭弹初速也会随之降低，但是只要推进剂与固药胶不脱黏，初速下降就不超过5%。

单兵火箭弹; 内弹道性能； 静态测试； 动态飞行试验

单兵火箭弹是我国单兵携带的有效反坦克武器，后来又发展了云爆弹、攻坚弹等弹种，在部队进行了大量装备。由于发动机装药在储存过程中避免不了能量物质的分解，导致最大压力和工作时间等性能参数发生变化[1-3]。因此，火箭弹长时间储存后的性能是厂家、部队以及相关部门特别关注的一个问题。但是在火箭弹研制生产期间不能保证在自然储存条件下对其全寿命周期进行跟踪监测，目前多采用加速寿命试验方法对部件或全弹寿命进行评估[4-6]。然而在加速寿命试验中，样品的作用机理可能会发生变化，这是制约寿命预估准确性的一个关键问题[7]。为了有效地减小加速寿命试验方法对试验结果的影响，范志峰等[8]提出了基于性能参数分布可靠性评估的基本思路，对含有电子元部件的弹药进行了定期检测，根据试验测得的数据建立了模型，并对弹药寿命进行了预估。该方法在一定程度上减小了高应力水平对弹药本身的影响，但是模型的普适性受到限制，因此笔者选取自然储存状态下的火箭弹进行研究。由于火箭弹长时间储存后会出现初速下降、弹道性能变差等问题[9-11]，因此，为了研究火箭弹在长时间储存后的性能变化规律，为同类型弹药寿命预估提供一定的参考，笔者分别对储存在不同地区、不同时间的火箭弹进行性能检测。

1 试验

1.1 试验样品选取

由于不能保证每年生产的火箭弹在生产过程中均进行最大压力和初速的测试，因此取同类型新品火箭弹的性能参数作为参照。分别从南方和北方地区储存了不同时间的火箭弹中进行选样，包括新品、北方地区储存的火箭弹4个年份点和南方地区储存的火箭弹5个年份点。

1.2 静态测试试验

根据GJB—770B的相关方法对新品和长时间储存后的火箭弹分别在-40、50 ℃条件下进行静态测试试验。首先测定其最大压力以及工作时间等性能参数，然后将其与新品的性能参数进行对比。测试发动机由工厂加工制作，高、低温试验各3发火箭弹。

试验所用仪器如下：UYY-1型压力传感器，压力标定为40 MPa；铜柱测压器；标定用压力表，精度为0.2级；标定用压力计，压力范围为0～60 MPa；保温箱。

1.3 动态飞行试验

根据GJB—2179的相关方法对新品和长时间储存后的火箭弹在常温条件下进行初速测定，将初速和参照值进行对比，观察胶板的状态。试验发动机由工厂提供，战斗部为模拟配重战斗部，每组试验2发火箭弹。

试验所用仪器如下：HG2020-II型电子测试仪；网靶，尺寸为500 mm×500 mm。

2 结果与分析

2.1 静态测试结果与分析

新品火箭弹静态测试结果如表1所示，北方和南方地区储存不同时间的火箭弹在测试温度为50、-40 ℃的条件下静态测试结果分别如表2-5所示。

从表1-5可以看出：

1)大部分储存一定时间的火箭弹最大压力比新品的小。其原因为：在储存过程中，发动机装药会进行自分解，能量出现损失，导致最大压力减小；然而由于所选取的火箭弹不能保证装药完全一致，因此个别储存年份点的火箭弹最大压力比新品火箭弹的大。

表1 新品测试结果

表2 北方地区50 ℃条件下静态测试结果

表3 北方地区-40 ℃条件下静态测试结果

表4 南方地区50 ℃条件下静态测试结果

表5 南方地区-40℃条件下静态测试结果

2)火箭弹工作时间在短期储存内变化不大，但是长期储存之后下降幅度较大。其原因为：火箭弹在长期储存过程中，装药中的水分与火箭弹壳体内部的水分会发生交换，在一定程度上导致装药内部结构疏松，从而使装药燃烧面积增加，导致工作时间缩短；另外，能量降低也是工作时间缩短的一个关键因素。

3)在南方地区存储13 a的火箭弹在50、-40 ℃条件下测试得到的压力冲量均偏小，这是由所选取的火箭弹生产工艺及装药性能等因素造成的。其中，-40 ℃条件下测试得到的火箭弹压力冲量偏小更多，其原因为：在火箭弹静态测试过程中，所使用的点火具因受潮而造成点火压力偏小，导致最大压力偏小。

4)南方地区储存的火箭弹最大压力总体上比北方地区储存的大。其原因为：南方地区比北方地区温度高，导致发动机装药内部水分的循环速度加快，使得南方地区储存的火箭弹装药燃烧面积比北方地区储存的大，在燃烧过程中，相同时间内释放出更多的气体。

2.2 动态飞行试验结果与分析

利用新品发动机装药出厂交验时的备份弹与长储试样在相同的环境、时间、测试状态下进行初速测试。由于目前已不生产样品发动机装药，没有相应的参照装药进行对比，因此,以新品多用途弹的发动机装药初速154.7 m/s为基础，先换算出破甲弹的发动机装药初速,再与已参试的长储试样初速进行对比。换算公式为

V0=Isp·ln(1+mz/md)，

(1)

式中：Isp为压力冲量；mz为装药质量；md为弹药质量。

由于弹种不同，装药质量与弹药质量也不同，在弹种压力冲量相差不大，mz、md均已知的情况下，由式(1)得出破甲弹的发动机装药初速在177.4 m/s左右。

胶板在正常情况下应该是平整状态，药丁与胶板可靠黏结。北方和南方地区飞行试验测试数据分别如表6、7所示。

表6 北方地区飞行试验测试数据

表7 南方地区飞行试验测试数据

从表6、7可以看出：破甲弹发动机装药4个年份点(13、16、20、21 a)的测试初速都没有达到177.4 m/s；多用途弹发动机装药5个年份点(6、7、10、11、19 a)的测试初速也都没有达到154.7 m/s。其原因为：弹药在长期存放过程中，硝化甘油和硝化棉会发生分解，导致压力冲量减小；另外，新品与试验样品的能量成份不同，导致出厂时的初速略有差异。

对比本次试验和新品的飞行试验测试结果可知：只要推进剂与固药胶不脱黏，则初速降低均在5%以内。其中,南方地区储存13 a的样品初速变化稍大，其原因为：一个胶板有1根药丁没有插到连接螺的底部，管状药插入胶的部分距胶面近1 cm深，发射过程中的加速度在2 000g(g=10 m/s2,为重力加速度)左右，每根药丁质量为3.7 g，因此单根推进剂所受的力为2 000×10×0.003 7=74 N，虽然在黏结力测试过程中没有找到这样具有特殊性的试样，但能确定若推进剂与固药胶的黏结力小于74 N，则推进剂就会在动态过程中很快脱落，导致初速下降；另一个胶板掉4根药丁，装药质量减小，导致初速下降。总之，只要测试前没有药丁脱落，且测试后胶板完整，则初速变化不大。

3 结论

1)火箭弹在长时间储存后各项性能指标都会有不同程度的降低，但是对使用安全性没有影响，同时也说明了储存20 a左右的火箭弹力学性能和药胶黏结强度能够满足使用安全性要求。

2)火箭弹在长时间储存过程中，硝化甘油会发生迁移，导致火箭弹压力冲量减小、飞行速度下降，但是在20 a的储存期内只要推进剂与固药胶不脱黏，初速下降就能控制在5%以内。

3)对储存在不同地区、不同时间的火箭弹进行了性能评估，为同类型弹种的性能评估提供了参考依据。

[1] 徐永士,魏晗,张彬,等.影响火炸药吸湿性因素的研究[J].当代化工,2015,44(4):733-735.

[2] 张旭东,董可海,曲凯,等.丁羟基推进剂吸湿特性[J].固体火箭技术,2014,37(6):838-841.

[3] 许学春,付京来,王峰.固体推进剂药柱使用寿命的研究[J].战术导弹技术,2011,6(5):70-72.

[4] 李淦,郑波.基于步进应力加速寿命试验的某新型弹药储存寿命评估[J].弹箭与制导学报,2007,27(2):307-308.

[5] 任宁莉,赵新强,邓凯,等.HTPB固体推进剂老化性能检测新方法[J].推进技术,2011,32(5):728-731.

[6] 杨森,王晓方,赵晓利.制导弹药火工品元件加速寿命试验技术研究[J].装备环境工程,2010,7(5):61-64.

[7] 罗天元,周堃,余淑华,等.国外弹药贮存寿命试验与评价技术概述[J].装备环境工程,2005,12(4):17-22.

[8] 范志峰,齐杏林,李宁,等.基于性能参数分布的某火箭弹储存可靠性评估[J].装备环境工程,2011,8(1):70-73.

[9] 马章海,常新龙,郭风华,等.HTPB药柱老化对SRM内弹道性能的影响及偏差分析[J].装备环境工程,2009,6(1):81-85.

[10] 郭风华,常新龙,杨月诚.贮存老化条件下固体火箭发动机内弹道性能变化[J].装备环境工程,2005,2(3):13-16.

[11] 徐学文,邓会光,牟俊林,等.HTPB复合推进剂对固体火箭发动机内弹道性能影响[J].海军航空兵工程学院学报,2014,29(6):506-510.

(责任编辑: 尚彩娟)

Research on Internal Ballistic Performance of a Certain Type of Individual Rocket

LIU Meng-yang1,LU Gui-e2,JIANG Jin-yong2,DING Xin-hai3,WANG Bin2

(1.Department of Ammunition Engineering,Ordnance Engineering College,Shijiazhuang 050003,China; 2.Ordnance Technical Research Institute,Shijiazhuang 050000,China; 3.Shanxi North Xing’an Chemical Industry Co Ltd,Taiyuan 030008,China)

In order to research the performance of a certain type of individual rocket after long time stora-ge,the static test and the dynamic fight test are carried out to test its internal ballistic performance.The maximum pressure and the working time of the individual rocket with different stored time are analyzed by the static test; the initial velocity and the condition of the board of the individual rocket with different stored time are analyzed by the dynamic flight test.The results show that: with the stored time increa-sing,the maximum pressure of rocket engine declines,the working time shortens,and the dispersion rises,but it is safe for use; the initial velocity also declines,but the propellant contacts with the board well,the decline percent of the initial velocity is under 5%.

individual rocket; internal ballistic performance; static test; dynamic flight test

1672-1497(2017)01-0066-04

2016-11-01

刘萌阳(1992-)，男,硕士研究生。

TJ415； TJ012.1

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2017.01.014