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摘要：針對(duì)傳統(tǒng)惰性彈的裝填物不能滿足外彈道做地面精度試驗(yàn)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種以水泥為主要原材料的新型惰性物質(zhì)裝填物。對(duì)裝填物進(jìn)行配方分析、工藝設(shè)計(jì)、工藝試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：新型惰性物的強(qiáng)度和密度均達(dá)到與炸藥相當(dāng)?shù)男Ч溲b填質(zhì)量穩(wěn)定、安全性高、無(wú)污染，能夠滿足彈藥鑒定和質(zhì)量一致性相關(guān)試驗(yàn)需求。

關(guān)鍵詞：惰性彈裝填；配方研究；工藝設(shè)計(jì)；工藝試驗(yàn)

0引言

惰性彈作為靶場(chǎng)炮射試驗(yàn)的主要參試品及部隊(duì)訓(xùn)練使用，對(duì)武器裝備的靶場(chǎng)鑒定、定型和交驗(yàn)等試驗(yàn)質(zhì)量起著舉足輕重的作用[1]。針對(duì)彈藥的高安全性、高可靠性、高消耗性和低成本的要求[2]，在靶場(chǎng)試驗(yàn)替代實(shí)彈完成各種射擊任務(wù)和部隊(duì)訓(xùn)練中，為保證安全、提高效率、降低成本，經(jīng)常采用惰性彈替代實(shí)彈完成各種射擊任務(wù)，如武器裝備流程試驗(yàn)或訓(xùn)練等。隨著武器裝備研制生產(chǎn)任務(wù)及部隊(duì)訓(xùn)練使用的不斷增加，對(duì)惰性彈的需求量越來(lái)越多。傳統(tǒng)的惰性彈也稱砂彈，裝填物基本為瀝青、河砂等混合物，還有小部分裝填硫磺、蠟等混合物。砂彈密度均勻性不好、重心不準(zhǔn)，在一定膛壓下發(fā)射，裝填物被壓縮、重心后移，不能用作炮彈地面密集度試驗(yàn)；不能裝配成半爆彈，無(wú)法用作引信部分試驗(yàn)。隨著技術(shù)進(jìn)步，迫切需要研制新型惰性物配方，使其機(jī)械強(qiáng)度、密度、密度均勻性基本和炮彈所裝填的炸藥相當(dāng)，與炸藥具有相容性[1]，與彈體結(jié)合牢固、不易松動(dòng)；在彈體內(nèi)分布均勻，密度基本一致[2]；在高膛壓下射擊，裝填物不壓縮、重心不變化，是配套研發(fā)彈藥產(chǎn)品解決的關(guān)鍵[3]；同時(shí)，可以裝配成半爆彈，爆炸后在彈著點(diǎn)處有一定大小的炸坑及聲、煙效果。這種惰性彈可以代替實(shí)彈用作地面密集度和引信部分性能的試驗(yàn)。

1國(guó)內(nèi)外技術(shù)背景

惰性彈是彈體中裝填物為惰性物質(zhì)的炮彈，用于部隊(duì)訓(xùn)練演習(xí)或內(nèi)彈道性能試驗(yàn)，以及炮彈零部件強(qiáng)度、火炮強(qiáng)度及作用可靠性等靶場(chǎng)試驗(yàn)[4]。我國(guó)的惰性彈長(zhǎng)期沿用裝填瀝青、河砂等混合物技術(shù)。瀝青砂適用于一般強(qiáng)度試驗(yàn)、內(nèi)彈道試驗(yàn)，但一直在炮彈地面精度試驗(yàn)上出現(xiàn)問(wèn)題，原因是炮彈在發(fā)射過(guò)程中，瀝青砂子混合物后坐使彈丸的重心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量均發(fā)生變化，不能滿足彈丸的設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)對(duì)性能試驗(yàn)剩余的惰性彈進(jìn)行解剖發(fā)現(xiàn)，在彈體口部有很多鐵砂，彈丸重心偏差比較大，在彈體口部加鐵砂配重是違章操作。這種裝填方法不僅操作復(fù)雜，而且造成彈丸質(zhì)心、偏心不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響靶場(chǎng)試驗(yàn)質(zhì)量[5]。從歐洲引進(jìn)的石膏惰性彈，其裝填物仍然存在被壓縮的問(wèn)題，性能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。隨著新型智能化彈藥的研制和武器裝備水平的提高，試驗(yàn)時(shí)對(duì)作為主要參試品的惰性彈要求越來(lái)越嚴(yán)格。根據(jù)惰性彈的研制機(jī)理和使用效果，針對(duì)惰性彈新型裝填材料強(qiáng)度不確定、裝填精度低的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)數(shù)十次試驗(yàn)，成功設(shè)計(jì)了一種以水泥為主要原材料的惰性彈裝填物配方與工藝，其強(qiáng)度和密度都能達(dá)到與炸藥相當(dāng)?shù)男Ч?/p>

2裝填物性能要求

2.1裝填物的壓潰強(qiáng)度大、抗壓強(qiáng)度可調(diào)

裝填物的設(shè)計(jì)原則是選用的惰性材料與接觸的彈體及零部件具有相容性，裝填后應(yīng)具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，滿足使用和貯存要求；裝填物應(yīng)均勻，裝填后保證惰性彈的重量、質(zhì)心位置等與實(shí)彈一致。彈丸在飛行過(guò)程中，在加速段承受極大的加速度，內(nèi)部裝填物受到巨大的壓潰應(yīng)力[6]。這就要求惰性彈的內(nèi)部裝填物具有很高的壓潰強(qiáng)度，防止裝填物破碎，造成彈丸結(jié)構(gòu)特征數(shù)發(fā)生變化，影響彈丸的內(nèi)外彈道性能。裝填物配方應(yīng)以設(shè)計(jì)要求為前提進(jìn)行考慮，使其與實(shí)彈的參數(shù)相似或一致，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊不松動(dòng)，那么裝填物應(yīng)能夠自行凝固。目前壓潰強(qiáng)度最小的是注裝TNT的配方，壓潰強(qiáng)度為9.6Mp[6]。采用水泥作為裝填物的主要原材料，優(yōu)點(diǎn)是裝填在彈體中可以增加彈體強(qiáng)度，其抗壓強(qiáng)度可以在10Mp以上調(diào)整。將水泥填料調(diào)整到略低于模擬炸藥的強(qiáng)度，做彈體強(qiáng)度試驗(yàn)可行。用瀝青砂彈和水泥惰性彈在某產(chǎn)品上做強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)分析彈體殘余變形測(cè)量結(jié)果表明，水泥惰性彈完全滿足彈體強(qiáng)度試驗(yàn)要求，可推廣應(yīng)用于多個(gè)產(chǎn)品。從應(yīng)用情況看，水泥惰性彈可以代替瀝青砂彈，但瀝青砂彈無(wú)法代替水泥惰性彈。

2.2裝填物裝填后密度均勻

原瀝青砂彈裝填技術(shù)落后，質(zhì)量一致性差，在高膛壓發(fā)射后裝填物下沉量很大，不能用于彈丸地面密集度試驗(yàn)。水泥填料裝填的惰性彈，裝填物上中下密度差小于0.07g/cm3，在高膛壓下發(fā)射，裝填物不壓縮，質(zhì)心與裝填炸藥的實(shí)彈相同，可替代實(shí)彈用于地面密集度試驗(yàn)與驗(yàn)收。

3裝填物配方研究及工藝過(guò)程控制

3.1裝填物配方設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)惰性彈應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，全面掌握彈藥行業(yè)生產(chǎn)和使用過(guò)程中對(duì)惰性彈的實(shí)際需求，分析裝填惰性彈用作地面密集度試驗(yàn)、強(qiáng)度試驗(yàn)、引信、發(fā)射藥、火炮各項(xiàng)試驗(yàn)的不同目的。根據(jù)不同彈藥裝填物或裝填方式的不同，確定最合理的裝填物及其配方[7]。為尋找符合強(qiáng)度要求的裝填物配方組成成分，以硅酸鹽水泥等混合物為主要裝填材料，模擬單質(zhì)炸藥和混合炸藥的裝藥，分析其各組分的配比如表1所示，進(jìn)行惰性彈裝填工藝設(shè)計(jì)。

3.2工藝過(guò)程控制

工藝流程：填料的配制→攪拌→裝填→養(yǎng)生。配方中的水泥為硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不小于42.5或42.5R，并符合GB175通用硅酸鹽水泥的規(guī)定；當(dāng)惰性彈用于強(qiáng)度試驗(yàn)或溫、穩(wěn)炮時(shí)允許用強(qiáng)度等級(jí)為32.5或32.5R的水泥代替。1)填料的配制。惰性彈采用水泥、膨脹珍珠巖、水等成分配比。由于珍珠巖的干濕程度很難一致，比較潮濕的要多加一些，反之要少加一些。水的質(zhì)量也要做相應(yīng)的變化。2)攪拌。人工和機(jī)械攪拌均可，最好用機(jī)械攪拌，機(jī)械攪拌效率高，混合均勻。攪拌分多步進(jìn)行。3)裝填。水泥、珍珠巖混合均勻后進(jìn)行裝填，需特別注意要嚴(yán)格控制加水量。水多，填料的黏度小、流動(dòng)性好，容易裝填，但是珍珠巖上浮，口部疏松，上下密度不均，中心不準(zhǔn)；水少，填料的粘度大，難以裝填，填料在彈體內(nèi)搭橋，有大的氣孔和縮孔，其機(jī)械強(qiáng)度大幅下降，無(wú)法保證射擊后重心不變化。4)養(yǎng)生。水泥、膨脹珍珠巖混合物裝入彈體后，在室溫下養(yǎng)生28d以上，或在高溫中養(yǎng)生48h。

4工藝試驗(yàn)

在常溫下對(duì)模擬B炸藥的水泥填料的凝固時(shí)間和抗拉強(qiáng)度關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。模擬TNT炸藥水泥填料的抗拉強(qiáng)度比模擬B炸藥相對(duì)低些。在高溫中養(yǎng)生48h填料的抗拉強(qiáng)度相當(dāng)于室溫養(yǎng)生28d。將水泥與珍珠巖的混合惰性物，模擬TNT炸藥、B炸藥等進(jìn)行裝填，彈丸頭部引信、傳爆藥柱不變，發(fā)射時(shí)具有實(shí)彈的聲響、煙霧效果，等同于實(shí)彈射擊訓(xùn)練。通過(guò)使用水泥半爆彈進(jìn)行地面密集度試驗(yàn)、底排藥柱性能試驗(yàn)、點(diǎn)火具試驗(yàn)以及引信瞎火試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)量超過(guò)千余發(fā)，取得了良好效果。水泥半爆彈和實(shí)彈的試驗(yàn)結(jié)果極為接近，所以使用水泥裝填作為訓(xùn)練用彈，安全可靠，完全能達(dá)到戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練目的。

5結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)在高效毀傷等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)已有新突破，形成了核心技術(shù)[8]。和瀝青砂彈相比，水泥惰性彈不用燒砂和熔化瀝青，不但能節(jié)省大量焦碳和砂炕板，而且更重要的是使環(huán)境免受污染，工人免受瀝青毒氣之苦；另外，裝填瀝青砂彈易引起火災(zāi)，存在安全隱患。水泥惰性彈具有安全性高、無(wú)污染、低成本等顯著優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于部隊(duì)訓(xùn)練演習(xí)或內(nèi)彈道性能測(cè)驗(yàn)，以及炮彈強(qiáng)度、火炮強(qiáng)度及作用可靠性等靶場(chǎng)試驗(yàn)。

作者：孫家利 王秋雨 盧鳳生 單位：北方華安工業(yè)集團(tuán)有限公司技術(shù)部