分步压装高能炸药质量控制研究

孙家利，王秋雨，焦 红，孙 丽

(1.北方华安工业集团有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161046；2.中国兵器工业标准化研究所，北京 100089)

为实现弹药的高效毁伤和高安全性，持续推动弹药技术的不断发展，要求炮弹寻求装填高能量和高安全性的炸药，以满足武器装备的高效毁伤效能。随着我国第2代含能材料高能炸药的快速发展，为实现地面压制武器弹药综合毁伤威力的提高提供了良好的基础。但采用新型高能炸药提高武器装备性能的同时，大批量生产时，常规装药方法装填的炮弹已经不能满足未来战场需求。之前常用的注装药法、螺旋装药法、压装法不能适应含铝的高能炸药装药，已成为制约我军武器装备发展的短板，严重影响了地面压制武器的整体水平[1]，分步压装药是装填高能炸药的一种新的装药方法。为了发展我国的国防事业，提高弹药在国际市场的竞争能力，从乌克兰引进了分步压装机，以期解决现役弹药毁伤效能严重不足的问题。虽然分步压装机是新引进设备，但设备精度超差，并且二代含能材料高能炸药在炮弹上是首次应用，尚无成熟的工艺路线可以参考。用引进设备在压装药过程中出现了密度不均匀，有裂纹、断层等缺陷，这些疵病的存在可使药柱强度降低，是造成炮弹膛炸的原因之一[2]。因此，应解决基于第2代高能炸药应用的关键技术，实现新型高能炸药在炮弹上的应用，以弥补现役弹药毁伤威力的不足，促进我国压制武器高效毁伤实现跨越式发展[3]。

1 国内外技术背景及发展情况

西方发达国家不断将新型高能炸药应用在各类弹药，完成了弹药装药从TNT为主到以RDX、HMX为主的更新换代，提高了弹药毁伤效能[4]。俄罗斯采用分步压装工艺，在炮弹中主要装填以RDX为主体的高能混合炸药，使同类弹药比装填TNT时的威力提高50%以上，有效提高了发射安全性和弹药的威力。为了提高弹药的威力和毁伤效能，我国从乌克兰引进了自动压装机，经国产化同时研究分步压装高能炸药技术，以满足随着作战环境对弹药在射程、威力等方面提出的更高要求。

2 分步压装机的装药原理

分步压装药机是一种实现新型装药工艺全新的装药设备。针对分步压装药工艺技术和装药方法，进行了引进压装机的国产化改进研究。分步压装药工艺装药原理是通过每次对少量的炸药进行多次冲压，在冲头附近形成薄层密实区，散装药被冲头不断压实，冲头随被压实的装药面的升高而自动上移，直至弹体口部，随着冲头不断运动最终形成药柱[5]。分步压装药是在螺旋装药和压装药的基础上将二者合二为一的装药方法，是综合了螺旋装药和压装药优点的一种装药方法[6]。装药过程是通过每次少剂量装散药剂，螺杆在一定转速旋转下，将炸药逐份送入弹体内腔，随装随压，“装—压—装—压”交替连续将炸药逐份送入炮弹内腔进行捣压，完成炮弹的炸药装填。当密度达到一定值后，压实的炸药面对螺杆冲头产生反压力，当反压力大于主轴油缸的反压溢流阀的设定值时，螺杆冲头被提升，使炸药在弹体内由底部向上逐层被压实，达到工艺要求的密度。

3 影响分步压装药质量的因素及控制方法

分步压装药在威力、安定性、环境适应性等方面都远远优于常规装药，具有良好的应用前景，对弹药系统结构升级意义重大。分步压装药密度分布的均匀性是装药质量控制的关键，密度过高，起爆感度降低，易产生“压死”现象，密度过低，不能有效杀伤敌人有生力量[7]。影响分步装高能炸药质量的因素主要包括人员、设备、材料、环境、工艺过程控制等。

3.1 人员

分步压装药法工艺是应用于炮弹装药的新工艺，从事分步压装药技术、质量人员应具有相关的专业理论知识和实践经验，为确保产品装药质量，提高装药效率，对操作人员、检验人员应进行工艺、技术和安全的培训及考核。

3.2 高能炸药性能

炸药为各种武器弹药提供毁伤的能源，不断向提高能量和应用更加安全的方向发展。目前用于常规弹药分步压装的高能炸药主要有钝黑铝炸药、聚黑铝炸药，是能量较高的二代含能材料，炸药的流散性好，机械感度低，成型后密度高，安全性高，为高过载常规弹药应用分步压装药奠定了基础。分步压装药过程中，流入弹体内的炸药量主要取决于其流散性，流散性过大，流入药量多，容易淹没装药螺杆，进而影响装药密度；炸药流散性过小，每次药量流入少，可能粘附螺杆，影响装药安全性，并且较少的药量在装药螺杆作用下虽然密度提高，但增加了连续冲击炸药和摩擦次数，增加了危险性[8]。为确保压装药安全，炸药不允许有目视可见的杂质及金属屑、碎玻璃、砂石。

3.3 工作环境

分步压装药技术综合了螺旋装药和普通压装药技术的优点，广泛应用于炮弹、火箭弹等产品装药[9]，一般情况炸药不需要加热，为保证炸药的可塑性以提高装药密度和减少药柱裂纹，弹体和炸药温度不宜过低，因此要求装药工作环境温度≥18 ℃，工房一般保持相对湿度在40%～75%范围内，以减小静电，提高装药安全性。

3.4 压装药机设备调试

压装药机设备参数是否合理直接影响着压机定位准确度，导致出现密度不合格。为确保压装药质量，设备的使用应处于完好状态，仪器应定期检定合格，并且在有效使用期内。针对乌克兰引进的分步压装机精度超差问题，对空车运行的分步压装机的精度进行检测，根据检测结果确定设备精度调整措施，如工作平台的平面度≯0.05 mm/1 000 mm，滑块平面对工作台平面平行度调整为≤0.1 mm，滑块运动轨对工作台面的直线度≤0.2 mm/1 000 mm。装药前进行设备运转检查，设备各部位应运转灵活，无卡滞现象；采用手动操作方式调整设备，确保炸药螺杆与保护套不刮蹭；检测装药螺杆径向跳动应≤0.25 mm。

3.5 分步压装药工艺过程设计

根据分步压装技术原理和装药技术，确定分步压装药主要工艺过程：弹体准备→弹体检验→炸药准备→炸药检验→分步压装模拟炸药→分步压装药→检验→补装药→装药质量检验。

当不同产品分步压装药时，需调整装药螺杆与弹体底部距离，如中大口径炮弹应为18～25 mm，目的是螺杆下降到位后，保证螺杆距弹体底部有足够的安全距离，以避免压药过程中螺杆与弹体底部摩擦发生危险，引起工艺安全问题[10]。设备经国产化改进后，利用某开合弹分步压装模拟炸药，采用自动控制程序检测反向压力、装药器开口转变的位置、装药螺杆与弹体底部距离等工艺参数是否稳定和符合工艺要求，直至调整到符合工艺要求后，方可进入正式的分步压装药生产。通过一定数量开合弹分步压装模拟药，确定了工艺参数，对不同产品分步压装高能炸药小批量工艺试制，优化了分步压装药工艺参数，最佳装药反压力4～8 MPa，补装药压力3～6 MPa。

3.6 工艺试验验证

某产品小批量分步压装药试制，装药安全性高，连续性好，装药良品率达到97%以上，经装药质量检测装药平均密度达到1.70 g/cm3以上，采用X射线机或工业CT照相对装药弹体进行检测，无疵病。为进一步验证装药性能，进行环境试验、射击安定性等集成验证试验，均满足设计要求，为高能炸药在武器装备上的广泛应用奠定了基础。

4 结语

通过引进压装机经国产化改进后，分步压装药实现安全自动化生产，满足了我国炮弹装药生产低成本、高效率的要求，分步压装药安全性更高，提高了装药密度和良品率，消除或减少装药缺陷，解决了基于二代含能材料高能炸药分步压装药工艺技术，促进我国地面压制武器升级换代。