一种串联子弹随进故障分析研究
王震宇，陈 江，张镇锋，任 明
(重庆红宇精密工业有限责任公司， 重庆402760)
作者简介：王震宇(1976—)，男，博士，主要从事子母弹与弹药效能评估研究。
Citation：format:WANGZhenyu, CHEN Jiang, ZHANG Zhenfeng, et al.Analysis of the Malfunction of aTandem Follow-Through Submunition[J].Journal of Ordnance EquipmentEngineering,2017(7):42-45.
摘要：针对在破-侵-爆型串联随进反跑道子弹试验中出现的后级子弹随进故障，建立后级子弹随进时间窗模型，并对时间窗模型中的关键参数进行了量化，确定了串联随进基本条件以及故障原因，并针对随进条件对影响子弹随进的关键参数进行了调整，在后续试验中成功实现了串联随进，证明了所建立的串联随进模型正确。
关键词：反跑道；串联随进；子弹；时间窗；匹配本文引用格式：王震宇，陈江，张镇锋，等.一种串联子弹随进故障分析研究[J].兵器装备工程学报，2017(7):42-45.
反跑道子弹是毁伤和封锁跑道有效的武器之一[1-2]，一般要求反跑道子弹进入跑道下方延期起爆获得类似“隆起”毁伤效果，以提高跑道修复难度，延长封控时间。破-侵-爆型子弹是一种常见的反跑道子弹类型，如英国的SG357,德国的STABO反跑道子弹均采用该作战模式。随进技术是破-侵-爆型反跑道子弹关键技术之一，目前国内对于该型串联随进子弹的研究主要集中在前级起爆对后级安全性的影响以及后级随进速度对随进深度影响等方面[3,4]，而对可靠随进条件方面研究尚未见开展相关定量研究的报导，本文针对试验中出现的后级随进可靠性问题，对该问题进行了分析并开展定量研究。
1 子弹作用过程
串联随进子弹结构主要由前级子弹、后级子弹、壳体、增速机构等部分组成，主要结构见图1。
图1 串联随进子弹原理示意图
子弹作用过程：子弹在目标区域上空从母弹中抛撒出舱，经预定的延时后给出开伞信号，减速伞在气动力作用下充气张满，调姿减速直至落地，经短延期后多路信号控制器分别输出抛伞和直立信号，子弹依次抛伞、直立，再经短延期，增速机构点火，后级增速，前级引信起爆(通过后级撞击触发前级引信雷管)，前级聚能装药开坑，后级依靠增速动能沿前级开孔侵彻进入跑道下方起爆。
直立型反跑道子弹落地后依靠直立机构实现姿态扶正，保证药型罩与后级子弹加速前进方向正对跑道平面，该作战模式可保证开孔与随进在最佳着角(90°)及炸高下进行，因此能够获得较好的威力一致性。
2 故障描述
某反跑道子弹在进行地面静态串联随进试验时[3]，多次出现后级点火增速正常，前级正常起爆开孔，但后级子弹(惰性)随进异常，后级弹体未能跟随前级开孔侵彻到跑道内部，而是掉落在前级大开坑附近，未能实现串联随进功能，并且回收的后级子弹普遍出现后端盖脱落以及头部颈缩现象，如图2。
图2 试验时子弹抛落在坑口(上)以及回收弹体端盖分离、头部颈缩(下)
3 故障原因定位
子弹直立动作完成经过预定的延时后启动增速机构，推动后级子弹运动，后级子弹头部的可溃缩探头碰撞一级引信闭合开关启动前级雷管，引爆一级战斗部形成射流在跑道上开孔；后级子弹沿前级预开孔进入跑道内部，经过预定的延时后随进子弹起爆，完成毁伤机场跑道功能。
图3为时间窗模型图。子弹串联随进的时间窗匹配条件模型可定义如下：
T1≥T2+T3+T4+T5
(2)
图3 子弹串联随进时间窗模型示意图
即从后级可溃探头接触前级闭合起爆电路到后级本体运动至前级闭合开关初始位置时间T1不小于其他所有时间段之总和。
(3)
式中：T1为从后级可溃探头接触前级闭合起爆电路到后级本体运动至前级闭合开关初始位置时间(s)；L为探头溃缩长度(m)；为后级子弹从探头接触前级闭合起爆电路到后级本体运动至起爆开关初始位置过程的平均速度(m/s)。
其他时间段分别定义为：
T2为前级起爆电路从探头接触到闭合开关电路接通时间(s)；T3为前级雷管发火时间(s)；T4为前级装药完全爆轰时间(s)；T5为前级装药完全爆轰到后级通道完全打通时间(s)。
时间窗模型中前级装药的启动采用电信号，但触发信号由后级前端的可溃式探头压缩接通提供。决定T1的关键指标平均速度的初始速度由内弹道计算确定，末速度受内弹道过程、溃缩式探头溃缩阻力以及子弹前级爆轰场作用下速度降的共同影响[4]，可由试验测定或数值仿真方法计算，在弹体结构参数一定的条件下T1为定值；T2为前级起爆电路从探头接触到电路通电时间，决定于电极之间的绝缘薄膜厚度、材质和探头的压缩速度；T3为前级雷管发火时间，在雷管选型确定后也为定值；T4前级装药完全爆轰时间，在装药可靠起爆条件下，当装药尺寸、爆速一定时为定值；T5前级装药完全爆轰到后级通道完全打通时间，在炸药类型一定，弹体材料、结构确定的条件下也是定值，由于该数值无法通过理论计算或试验的方法加以确定，采用数值仿真的方法确定。
该时间窗模型的含义是，在后级子弹增速前冲情况下，从后级可溃探头接触前级闭合起爆电路到后级本体运动至前级闭合开关初始位置时间，必须大于前级起爆电路接触变形导通时间、前级雷管完全作用时间、前级装药完全爆轰时间、前级壳体通道打通时间四者之和，并且两者的差值越大越好。因此在后级初始速度一定的前提下，后级探杆越长越有利(不考虑探杆长度增加对速度的不利影响)；而T2、T3、T4、T5单独及其四者之和越小越好，该模型的确定为后级子弹可靠随进明确了实现途径。
4 模型量化分析与试验验证
反跑道串联随进子弹第一轮方案试验时前级采用针刺雷管，其瞬发度为T3=150 μs，试验中后级正常增速，前级正常开坑，但后级子弹未能正常随进而是抛落在前级漏斗坑附近。
经对该状态下的时间窗模型进行分析，考虑探头溃缩阻力、内弹道过程以及前级爆轰场产生的速度降的共同作用计算得到时间T1，决定T1初始速度的内弹道曲线v-t曲线，如图4。
图4 决定T1初始速度的内弹道v-t曲线
经仿真计算及试验测定子弹初始速度为100 m/s，在该结构下通过仿真计算得到在爆轰场作用下的速度降约为60 m/s，据此按照平均速度测算得到T1=228.6 μs；根据溃缩探头距离及电路接触时平均速度得到前级起爆电路压缩、变形导通时间T2=14.29 μs；针刺雷管固有参数T3=150 μs；采用AUTODYN仿真计算得到时间前级装药完全爆轰时间T4为12.76 μs，如图6；前级通道打通时间T5为59.87 μs[8-9]，如图7，则时间窗模型中所有参数均为已知，其具体取值如表1。
图5 前级仿真网格划分(1/4模型)
图6 数值仿真得到时间窗模型中T4(1/4模型)
图7 前级通道完全打开(全模型)
表1 前级采用针刺雷管的时间窗模型取值 μs
时间段名称T1T2T3T4T5时间值228.614.2915012.7659.87
由表1所示时间段的取值可见，由于针刺雷管瞬发度水平低，全作用时间T2达到了150 μs，占据了时间窗模型总时间的63%，且本身针刺雷管作用时间散布也较大，此时时间窗条件左侧
T1=228.6μs
(4)
时间窗条件右侧
T2+T3+T4+T5=236.92μs
(5)
则
T1≤T2+T3+T4+T5
(6)
该式不满足串联随进时间窗条件，导致后级子弹无法正常串联随进。具体原因为后级子弹运动至起爆开关初始位置时(T1=228.6)，此时前级装药已爆轰完毕，前级通道正在打通过程之中，由于
(T2+T3+T4=177.05)≤(T1=228.6)≤
(T2+T3+T4+T5=236.92)
(7)
则后级随进子弹直接撞击在前级爆轰场作用下正在变形破坏过程中的前级引信、前级壳体，此外前级爆轰产物也会作用于后级子弹，两者共同作用会导致子弹存速降低，并且由于撞击作用随进子弹方向也发生偏转导致子弹不能沿前级预开孔侵彻随进，严重时后级子弹存速甚至可能降低至0，导致随进失败。
在该时间窗模型下，后级子弹直接进入前级爆轰场，还会导致后级子弹的结构安全性与隔爆安全性大幅降低，甚至会出现后级子弹被前级殉爆的情况，试验中曾出现后级子弹壳体头部颈缩，引信在强力挤压作用下与弹体脱离，内部装填物外泄。
图8 采用针刺雷管时后级子弹头部颈缩故障仿真复现
图9 采用瞬发雷管时后级子弹正常串联随进
针对故障试验结果以及对第一轮试验的时间窗分析，确定了子弹不能正常随进的主要原因是时间窗实际参数不能满足时间窗模型，具体为针刺雷管瞬发度偏低导致达不到串联随进时间窗要求，由于T2、T4、T5取决于材料与弹体结构，本身不具备较大幅度调节的条件，相比而言提高前级雷管瞬发度易于实现，因此在第二轮方案中，决定在保持原弹体基本结构基础上换用瞬发电雷管(雷管瞬发度30us)，降低时间窗右侧的总时间量值，以满足时间窗模型，在此条件下时间窗模型参数取值如表2。
表2 前级采用瞬发电雷管的时间窗模型典型取值μs
时间段名称T1T2T3T4T5时间值228.614.293012.7659.87
则时间窗条件如下式
(T1=228.6)≥(T2+T3+T4+T5=116.92)
(8)
故采用瞬发雷管满足串联随进时间窗条件，后级子弹能够保证正常随进。针对该随进故障进行子弹改进后的第二轮试验结果如图9，采用高瞬发度雷管后，后级增速正常，前级正常开坑，后级子弹顺利随进并侵彻到跑道内500mm深度位置，满足后级子弹起爆深度要求。
采用瞬发电雷管时，从时间窗数据分析可知后级子弹运动至前级起爆开关初始位置时(228.6 μs)，前级探头接触通电、雷管发火、前级爆轰、前级通道打开等动作都已经完成(116.92μs)，且具有较大的时间余量(111.68 μs)，这表明后级子弹在前级爆轰完成与前级通道打开后，距离前级引信、前级爆轰场的距离还相对较远，能够保证后级子弹具有较小的速度降与较大的隔爆距离，这对于保证后级子弹的装药安全性与子弹在较大的存速下正常串联随进是至关重要的。
5 结论
根据以上串联随进故障分析建立的时间窗匹配模型以及对子弹的改进试验验证，可得到结论：
1) 由于采用了瞬发度较低的针刺雷管，导致时间窗条件不满足而引起前期随进失败；
2) 通过时间窗模型分析换用高瞬发度雷管后，子弹顺利串联随进，验证了改进模型的有效性。
3) 时间窗匹配技术是串联随进子弹设计中的关键技术，对于破爆型、破破型、破穿型串联随进子弹要实现串联随进都无法回避这一问题，本研究提出的模型可供其他串联战斗部参考。
小编学非该专业，内容以原文为准。
联系客服
