李　嘉，仵　婧，劉佳佳，謝　飛（遼沈工業(yè)集團(tuán)有限公司，沈陽(yáng)　110045）

某榴彈炮底凹?xì)⒈瑥棑p傷炮口制退器原因分析及解決措施*

李嘉，仵婧，劉佳佳，謝飛
（遼沈工業(yè)集團(tuán)有限公司，沈陽(yáng)110045）

國(guó)內(nèi)裝備的某中口徑榴彈炮底凹?xì)⒈瑥椩诓筷?duì)訓(xùn)練時(shí)，出現(xiàn)損傷炮口制退器故障，經(jīng)數(shù)值仿真分析，確定了產(chǎn)生原因，調(diào)整了底凹尺寸。經(jīng)改進(jìn)，該彈再也沒(méi)有出現(xiàn)類似問(wèn)題。該問(wèn)題的解決，對(duì)其它同類產(chǎn)品有一定的借鑒作用。

榴彈；炮口制退器；底凹

0　引言

國(guó)內(nèi)某中口徑榴彈炮底凹?xì)⒈瑥椊?jīng)過(guò)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)定型及生產(chǎn)定型考核，技術(shù)狀態(tài)一直比較穩(wěn)定，但有一次部隊(duì)在訓(xùn)練使用時(shí)，出現(xiàn)了一發(fā)射擊后，前方觀測(cè)人員沒(méi)有看到落點(diǎn)的問(wèn)題。事后對(duì)火炮進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)炮口制退器上端有被硬物打傷的痕跡，見(jiàn)圖1。為此，開(kāi)展原因分析及解決工作。

圖1　炮口制退器（內(nèi)孔上端有硬物打傷痕跡）

1　原因分析

1.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

該彈是分裝式結(jié)構(gòu)，由彈丸和發(fā)射裝藥組成，見(jiàn)圖2。彈丸采用底凹結(jié)構(gòu)，通過(guò)改善彈形提高射程，是國(guó)內(nèi)外80年代普遍采用的增程技術(shù)之一。

圖2　彈藥結(jié)構(gòu)圖

對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題批產(chǎn)品從原材料及生產(chǎn)過(guò)程、檢驗(yàn)過(guò)程記錄進(jìn)行了復(fù)查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；該批產(chǎn)品出廠時(shí)經(jīng)過(guò)強(qiáng)度、裝藥安定性及地面密集度交驗(yàn)，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

問(wèn)題出現(xiàn)后，對(duì)產(chǎn)品計(jì)算說(shuō)明書(shū)進(jìn)行了復(fù)查，該彈在最大膛壓點(diǎn)處的彈體強(qiáng)度以及炮口處的強(qiáng)度均滿足要求，且有一定的余量。但是在計(jì)算強(qiáng)度時(shí)，彈體各部分尺寸是選中限尺寸計(jì)算的。

1.2數(shù)值仿真分析

1.2.1底凹裝置炮口壓力場(chǎng)模型

圖3　底凹裝置炮口壓力場(chǎng)模型

1.2.2底凹結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的工程計(jì)算

設(shè)底凹裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，為一個(gè)對(duì)稱變形的變壁厚圓筒。由板殼理論可以推出，底凹裝置沿尾裙部自由邊緣處的彎曲應(yīng)力σZ為：

圖4　底凹裝置結(jié)構(gòu)示意圖

底凹裝置沿尾裙部自由邊緣處的切向應(yīng)力σt為：

底凹裝置沿尾裙部自由邊緣處的徑向應(yīng)力σr為：

上述三向應(yīng)力按第四強(qiáng)度理論可以得到底凹裝置沿尾裙部自由邊緣處內(nèi)表面的綜合應(yīng)力ˉσ0為：

底凹裝置內(nèi)部根部彎曲應(yīng)力σE為：

底凹裝置內(nèi)部根部剪應(yīng)力τE為：

采用上述的工程計(jì)算方法，對(duì)該彈的底凹結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1　某殺爆彈底凹結(jié)構(gòu)強(qiáng)度工程計(jì)算法計(jì)算結(jié)果（炮口處）

該彈彈體采用正火處理方法，成品彈體的抗拉強(qiáng)度大于550 MPa，按照中限尺寸計(jì)算結(jié)果，該彈底凹強(qiáng)度滿足要求；如果按照極限尺寸計(jì)算結(jié)果，該彈底凹強(qiáng)度不滿足要求。

1.2.3數(shù)值仿真計(jì)算結(jié)果

以下是用ANSYS7.0有限元仿真分析軟件對(duì)該彈底凹結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能進(jìn)行仿真分析計(jì)算。計(jì)算中采用了圖3所示的底凹裝置炮口壓力場(chǎng)模型。按照中限尺寸與極限尺寸的有限元計(jì)算結(jié)果（綜合應(yīng)力）分別如圖5、圖6所示，圖中應(yīng)力單位為Pa。

圖5　某彈底凹綜合應(yīng)力圖（中限尺寸）

圖6　某彈底凹綜合應(yīng)力圖（極限尺寸）

表2　某彈底凹結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元計(jì)算結(jié)果（炮口處）

表2所示的有限元計(jì)算結(jié)果與表1所示的工程計(jì)算結(jié)果在數(shù)值上有很好的一致性。由圖5～圖6可見(jiàn)，底凹裝置綜合應(yīng)力的最大值發(fā)生在沿尾裙部自由邊緣處內(nèi)表面的局部區(qū)域，這與表1所示的工程計(jì)算結(jié)果在位置上有很好的一致性。

由工程計(jì)算和數(shù)值仿真結(jié)果分析，該彈按照中限尺寸計(jì)算，滿足強(qiáng)度要求，但在極限尺寸狀態(tài)下，強(qiáng)度就不滿足要求了。

研制過(guò)程，很少加工到極限尺寸進(jìn)行試驗(yàn)，沒(méi)有考核出來(lái)，這是今后研制中應(yīng)該注意的地方。另外，產(chǎn)品交驗(yàn)時(shí)，只進(jìn)行強(qiáng)裝藥及常溫試驗(yàn)考核也不合理。通過(guò)內(nèi)彈道計(jì)算，該彈采用高氮量單基藥，這種發(fā)射藥在強(qiáng)裝藥時(shí)炮口壓要低于常溫的炮口壓，低溫的炮口壓最大。因此，要對(duì)底凹彈產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的交驗(yàn)考核，應(yīng)該用強(qiáng)裝藥考核彈體圓柱部的發(fā)射強(qiáng)度，用低溫考核底凹處的強(qiáng)度。

2　改進(jìn)措施

為了解決底凹強(qiáng)度不足的問(wèn)題，可以采取兩個(gè)方案，一個(gè)方案是適當(dāng)增加底凹邊緣處的厚度，另一個(gè)方案是增加彈體的機(jī)械性能。

考慮到增加彈體材料的機(jī)械性能要采取熱處理工藝，生產(chǎn)成本增加；而提高彈體機(jī)械性能，加工成本也要增加，有可能還要損失威力。綜合考慮，采取了增加底凹邊緣厚度的措施。底凹邊緣厚度變化影響彈丸的內(nèi)外彈道，不易大動(dòng)。根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，改進(jìn)方案，將底凹邊緣極限尺寸按照原彈中限尺寸進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)加厚邊緣尺寸。

對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，主要考核強(qiáng)裝藥下的彈體發(fā)射強(qiáng)度、低溫時(shí)的底凹強(qiáng)度、外彈道通用射表等。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)考核，各項(xiàng)性能滿足指標(biāo)要求。

3　結(jié)論

通過(guò)理論計(jì)算分析，調(diào)整方案滿足強(qiáng)度要求，并通過(guò)了軍方組織的技術(shù)鑒定。后續(xù)生產(chǎn)的產(chǎn)品沒(méi)有再次出現(xiàn)類似問(wèn)題，該問(wèn)題得到圓滿解決。

［1］ 馬寶華.引信構(gòu)造與作用［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1984：314.

［2］ 魏惠之，朱鶴松.彈丸設(shè)計(jì)理論［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1985：357.

［3］郭錫福.火炮武器系統(tǒng)外彈道試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013：336.

［4］ 錢(qián)翼稷.空氣動(dòng)力學(xué)［M］.北京：北京航空航天出版社，2013：430.

［5］ 徐明友.高等外彈道學(xué)［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，遼寧蓋縣人，工程師，學(xué)士，研究方向：彈藥總體設(shè)計(jì)。