分装式炮弹退弹系统的设计和应用

张 剑 黄争升 黄学亮 张 雷

69245部队 新疆 乌鲁木齐 830001

分装式的炮弹在我军多种武器装备上已沿用几十年,其可变装药和便携分装的优点一直深受部队青睐。然而分装式炮弹装填完毕后,如遇装备故障、天气突变、阵地转移等突发情况导致实弹射击暂停,部队往往需要派专人实施留膛弹丸退弹。目前,针对分装式炮弹的退弹任务,部队仍然采取人工使用退弹装置冲击弹丸头部使弹带脱离膛线束缚,最终弹丸后移退出炮膛的方式。此退弹过程中引信在退弹装置的冲击下安全性能极易改变,弹丸一旦发生爆炸将给部队带来巨大的人员伤亡和装备损毁。

一、分装式炮弹退弹程序及弹带对退弹的影响

（一）分装式炮弹退弹的一般程序

针对分装式炮弹的设计特点,其退弹的一般程序为开闩抽出药筒随即打平炮身,将简易退弹装置旋接在洗把杆前端并送入炮口,多人合力冲击弹丸头部使弹带脱离膛线,最终弹丸松动退出炮膛。

（二）弹带的作用机理及对退弹的影响

炮弹弹带的直径应大于火炮阴线直径,超出的部分称为弹带强制量δ。弹带直径D是弹丸口径d、膛线深度Δ和弹带强制量δ三部分之和,即:D=d+（Δ+δ）。弹带强制量δ的大小对弹丸在炮膛内的运动有着重要影响。δ不能太小,否则无法为弹丸发射提供足够动力;δ也不能过大,否则会增大弹带对炮膛壁的磨损量导致火炮身管寿命明显降低。合理的δ可以确保弹丸在炮膛内运动时有效密闭火药燃气保持足够压强,为弹丸的发射提供足够初速,同时还可防止弹带与弹体产生相对旋转,以保证弹丸飞出炮口时拥有足够的旋速。

二、分装式炮弹退弹对引信造成的影响

（一）引信的技术性能和勤务安全

引信是弹药的“指挥机关”,其功能的可靠性直接影响弹药性能的发挥。引信一般具备实施保险、解除保险、感觉目标、点火起爆四大功能。目前我军所使用的炮弹引信,大多采取利用弹丸发射时的惯性力或离心力来解除保险,其解除保险的难易程度可以分别用直线系数k1和k2表示,该系数越小引信越容易解除保险。引信使用的安全性要求该系数不小于一个固定值,确保引信在勤务处理甚至发生意外情况下保险仍不解除。

引信的保险功能要求其在预定的作用（起爆或点火）时间之前不起作用,但引信在勤务处理过程中不可避免的会遇到加速、减速、震动和冲击,还可能会遇到偶然的滚动、磕碰和跌落,不仅引信外部结构可能产生变形或破损,其内部元件也可能因外力作用而发生功能性改变。因此引信在结构上除设计了惯性力和离心力保险还采用了适当的机械或电磁安全措施,确保引信在一定条件下（跌落的总质量、地面条件等）受到冲击保险及其他功能仍保持正常,其中引信可承受的最大自由跌落高度称为安全落高,该值越大则引信跌落安全性能越好。分装式炮弹退弹时,使用退弹装置冲击弹丸头部最终使弹丸松动退出炮膛,此受力过程中虽然引信具备较好的勤务处理安全性能,但冲击力量一旦超过安全落高当量值,引信的内部元件结构和性能就可能发生,当冲击力过大保险功能也可能失效,给退弹安全埋下巨大隐患。

（二）退弹对引信的影响

不可否认分装式炮弹退弹是具有一定危险性的,为了降低风险,退弹时一般仅由1至2名专业技术人员操作实施,一个成年男性可提供约为800N的持续推力,距离退出弹丸所需的最小推力还相差较远。因此部队为了成功实施退弹,不得不后移退弹装置一段距离利用加速度冲击弹丸。退弹使用的洗把杆因长度较长且材料硬度不足,在受较大力作用时容易发生弯曲变形,进一步增大了退弹难度。

分装式炮弹退弹时引信未旋下,为避免冲击力直接作用于引信,退弹装置的结构设计为中部凹陷的漏斗形状,但由于冲击力较大且身管较长作用点无法精准定位,退弹过程中冲击力不可避免的作用到引信。前文对引信部分技术参数进行了介绍,其中关于引信安全落高的表述可知,当某种引信跌落高度超过安全落高时,该引信的安全性及功能性无法得到保证,经查阅可知,我军所使用的绝大多数引信其安全落高一般不超过3.5米。在忽略地面质地情况,质量约为1千克的引信掉落接触地面直至完全静止的时间取平均值为0.01秒,经计算引信掉落过程中受到冲击力约为840N。因此人工退弹时,施加的瞬时冲击力一旦超过安全落高的当量值,就可能造成引信内部机械零件结构发生改变。

三、分装式炮弹退弹系统的设计及应用

（一）退弹系统的功能特点

留膛未爆弹的退弹安全一直是部队十分关注的问题,长久以来因老式退弹装置的局限性,人工退弹方式一直未有改变,当前部队急需一套安全可靠、操作简单、功能完备的退弹设备满足装备使用单位的要求。

新型分装式炮弹退弹系统在设计上应具备以下特点:一是采取便携分装、模块组合的设计理念,该退弹系统的主要部件安装和拆卸要简便快捷,各部分的重量、体积要相对较小便于携带和使用。二是具备一定的机械自动化水平,安装炮口电动装置,为多功能操作头进入炮膛、到达指定位置、作业实施提供动力;退弹系统的核心部件（引信旋接器）应具备自动抓握和旋拧引信的功能。三具备一定的微光观测和激光探测功能,火炮身管较长其内部情况肉眼无法观测,可加装全景夜视仪和激光探伤设备,利用激光和微光技术观察炮膛内情况,检查身管性能。四是新型退弹系统一定要具备计算机远程操作控制能力,通过有线或无线的方式,在确保人员安全的基础上精准实施退弹。要安装合适的软件操作系统配合硬件设备,使退弹及其他功能的实现简便、可控。

（二）退弹系统的设计组成

1.引信旋接器。引信旋接器是退弹系统的核心部件,由本体、锥形轮、啮合齿轮、支撑面板等零件组成,其底端有螺纹与快速连接杆螺套配合连接。引信旋接器的主要功能是利用锥形轮的偏心结构配合其表面螺旋槽刃卡住引信并通过连接杆提供的扭力将引信旋下。本体为中空筒形结构,内部可承装各种线缆,底端有螺纹前端有齿环,齿环与啮合齿轮配合运动,啮合齿轮与锥形轮通过固定轴连接。当本体旋转时,齿环带动啮合齿轮转动,啮合齿轮带动锥形轮转动,由于锥形轮与啮合齿轮为偏心固定,当三个锥形轮同步转动时就表现为收紧、舒张交替运动,锥形轮表面有缠度为80°的槽刃,用于咬合引信侧壁,在固定、旋拧引信的同时防止发生相对运动或滑脱。

2.退弹筒。留膛炮弹引信被旋接器拆卸后,结合退弹筒和连接杆,送退弹筒深入炮膛并作用于弹丸前端,利用炮口电动机提供的推力将弹丸从炮尾退出。新式退弹筒的设计参考了过去退弹装置的特点,外观呈圆形筒状,内部呈漏斗形与弹丸形态一致,这样使退弹筒与弹丸作用时接触面更加贴合,作用力更加均匀。由于火炮身管较长退弹筒运动过程中受重力影响易发生偏移,因此新式退弹筒外侧加装了环形定位装置和滑轮,定位装置由环形弹簧加工而成,可根据火炮口径自动调整。定位装置外侧加装滑轮,便于退弹筒在身管内自由滑动,还可保护身管不被其他设备或零件磨损、划伤。

3.快速连接杆。快速连接杆的制作应选用强度高、质量轻、不易变形的合金材料,内部为中空结构可承装多种电缆和数据线,设计长度为1米便于携带和安装,每根接杆两端均加装快速接头,可根据需要将多根连接杆快速安装在一起。头杆、尾杆与其他连接杆略有不同,头杆前段有螺套用于安装引信旋接器、退弹筒和其他功能头。尾杆有粗螺纹用于配合炮口电机为退弹动作提供螺纹扭力和推力。尾杆底部还设计了加力杆孔和无线发射天线,用于电机故障时人工退弹和无线数据传输。

4.接杆定位环。实施退弹时连接杆首尾相接长度较长,电动机提供的轴向力一旦遭受较大阻力,连接杆很可能发生弯曲变形导致退弹失败,甚至装备损坏。定位环的作用是固定连接杆,使其始终与身管保持同心,接杆定位环结构与退弹筒定位装置相似,但接杆定位环为活动卡口式设计,可根据需要选择安装数量和固定点。定位环的使用有效保证了连接杆的直度,使电动机提供的推力有效作用于弹丸,保证了退弹成功。

5.远程控制计算机。新型退弹系统加装了远程控制设备,利用各种计算机软件程序,采用有线或无线的方式远程控制炮口电动机、引信旋接器和其他多种功能头。实现利用计算机远程控制实现弹丸退弹、微光观测、激光探伤等功能。

6.数据传输系统。数据传输系统主要包括:视频影像监控、声纳激光探伤、机械自动控制等功能实现下的数据传输。

（三）退弹系统的使用方法

当采用分装式炮弹的武器装备实施退弹时,应首先开闩退出药筒并保持开闩状态,随即打平炮身。具体步骤如下:

1.根据装备身管长度选用一定数量的连接杆首尾相接。将头杆和尾杆分别固定于连接杆指定位置,根据需要将电缆和数据线从连接杆内部穿过。

2.将引信旋接器安装固定于连接杆顶端,在连接杆上选择合适的位置固定定位环。

3.将连接好的引信旋接器从炮口送入炮膛,缓慢前送,同时在炮口处固定电动机,使连接杆尾部螺纹与电动机啮合。开启电动机继续送旋接器深入炮膛,同时利用计算机远程观察引信旋接器锥形轮与引信接触情况,利用计算机控制旋接器拆卸引信并抓握、固定好引信,而后控制电动机抽出连接杆,最终取出引信。

4.换下引信旋接器旋加装退弹筒。计算机控制电动机送退弹筒深入炮膛并作用于弹丸,利用电动机提供的螺纹扭力退出弹丸,完成分装式留膛弹药的安全退弹。