线膛火炮引信弹道炸问题研究

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某76 mm口径杀伤爆破弹在实弹射击时出现过两次弹道炸事故,事故发生的直接原因是引信内部的惯性发火机构提前作用,并且装配有该惯性发火机构的其他型号引信也曾发生过弹道炸事故。为了研究装配有惯性发火机构的线膛火炮引信弹道炸成因,基于故障树分析法估算了引信弹道炸概率,研究了弹丸结构特征参数的分布规律、结构特征参数与动不平衡角的相关性,分析了惯性发火机构的弹道安全性。主要研究成果如下:为了估算引信弹道炸发生概率,使用故障树分析法分析引信弹道炸故障。基于国家军用标准中引信故障树的底事件和其数值范围,建立了引信弹道炸底事件和底事件数值范围,估算出引信弹道炸的发生概率一般为10-5~10-4。基于故障树分析法,估算了76 mm口径杀伤爆破弹机械触发引信的弹道炸概率,估算结果表明:正常情况下,该引信弹道炸概率为3.2×10-5~4.32×10-5,而在实弹射击中,该引信弹道炸概率远超上述数值。因此判断该引信可能存在设计原理缺陷、弹道环境分析不到位、工艺缺陷、成批次的原材料、爆炸元件、电子元器件不合格或者引信与弹药不适配等问题。为了帮助研究弹丸结构特征参数的分布规律,基于蒙特卡罗法和基本单元法,通过数值仿真计算了某76 mm口径杀伤爆破弹的质量、偏心距、极转动惯量、赤道转动惯量、动不平衡角以及极转动惯量和赤道转动惯量比值。对仿真结果进行了极大似然估计,仿真的拟合结果与实测弹丸结构特征参数的拟合结果近似一致,说明上述方法是可行的,并且上述仿真结果可以用于分析计算引信弹道炸。为了研究弹丸部分结构特征参数与弹丸动不平衡角之间的相关性,实测了50发弹丸的结构特征参数,基于麦夸特法(Levenberg-Marquardt)和通用全局优化算法,使用1st Opt软件分析了弹丸的质量、偏心距、质心位置、极转动惯量、赤道转动惯量以及极转动惯量和赤道转动惯量的比值,与弹丸动不平衡角的相关性。研究分析结果表明:弹丸偏心距、质量以及极转动惯量和赤道转动惯量比值与弹丸动不平衡角的相关性较大,其余结构特征参数与弹丸动不平衡角的相关性较弱。因此,当无法或难以测量弹丸动不平衡角时,可以通过测量弹丸质量和偏心距,结合蒙特卡罗法的仿真结果,估计弹丸动不平衡角的取值。为了找到外弹道上惯性发火机构异常作用的原因,从美军M739A1机械触发引信惯性发火机构的工作原理出发,在考虑了弹丸的绕心运动(章动、进动和自转)、惯性发火机构中活机体偏心距、活机体质心与弹丸质心的径向偏心、弹丸动不平衡角、弹丸与引信的装配夹角、惯性发火机构中活机体与管壳的动态摩擦等因素后,研究了活机体的受力情况。基于上述结果和一定的假设、分析,得到了便于工程应用的活机体运动模型,并用76 mm口径杀爆弹为算例,验证了上述模型的正确性。最后,通过分析可知,引起该引信弹道炸的主要原因是:弹丸与引信的装配夹角过大,次要原因是:惯性发火机构中的活机体簧抗力过小、弹丸动不平衡角过大、活机体径向偏心过大、章动角过大等。针对上述分析结果,提出了若干改进措施,可以有效提高76 mm口径杀爆弹的弹道安全性。
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