子弹模拟发射器在引信研制生产中的应用

0 引言

以战斗部壳体作母弹，内装多个子弹在目标上空抛出，毁伤集群目标的常规弹药称为集束弹药。一个集束弹药内可以装2到几千枚子弹 。按投射平台，可分为后装炮子母弹、迫击炮子母弹、火箭炮子母弹、空投子母弹。按开舱方式，可分为推板推出的纵向开舱方式(又可分为前开舱、后开舱)、靠中心爆管爆开的横向开舱方式等[1]。模拟试验在引信和子弹药研制生产中得到越来越多的应用。尤其是破甲子弹威力试验，由于子弹散布大，装填数量多，实弹射击没有办法考核，只有通过模拟试验才能考核。因此，我国在八十年代就设计出了模拟发射器(也叫模拟炮)，在子弹研制生产中代替部分实弹射击试验，以验证引信设计方案的可行性、设计的准确性和引信生产批的质量情况。进行的引信模拟试验包括引信瞬发度测试、子弹引信保险及解除保险距离试验、后坐保险机构解除保险可靠性试验、离心保险机构解除保险可靠性试验、主发火可靠性、自毁发火和综合发火可靠性模拟试验等。近年来，随着《集束弹药公约》和联合国特定常规武器公约《集束弹药议定书草案》的发布[2]，要求子弹引信具有自毁、自失效和自失能功能。因此需要用模拟发射器考核自毁自失效机构弹道保险性能，考核自毁自失效机构的后坐保险机构解除保险可靠性，用母弹开舱试验考核子弹受开舱力可靠击发组合点火管的性能。原来的模拟发射器存在口径小、初速低不能满足导弹子母弹研制的需要，导弹子母弹的高存速，给子弹强度带来严重挑战，需要设计低后座过载、高初速的模拟发射器，以考核子弹强度；需要设计大口径模拟发射器使子弹倾斜放置在模拟发射器中，以满足模拟子弹在中心爆管开舱环境下的姿态。因此，总结子弹药及引信模拟试验技术应用成果，不断改进拓展，并把成果推广到引信和智能化弹药的研制中很有必要[3]。

1 模拟发射器

1.1 原理

模拟发射器是按照火炮原理而特制的一种小型发射装置。用于发射模拟弹或各种直径的子弹。

模拟发射器实质就是一门小型火药炮，有身管、有炮架，射角0°～80°可调。一般火炮的不同之处在于：

1)用电机、皮带轮带动发射管旋转，达到母弹转速后发射。发射管转速0～8 000 r/min可调。

2)前膛装入子弹，后膛装入发射药(黑火药等)，通过药量或品种调整抛撒过载。后坐系数K1、初速、转速可调。

3)电发火，由电点火器引燃点火药包。

模拟发射器可试验直径34.7～120 mm的子弹。

1.2 模拟发射器构造

如图1所示，模拟发射器由炮架、炮管、药室、电机、皮带、皮带轮、导线和控制器等组成。

图1 模拟发射器
Fig.1 The simulated launcher

模拟发射器由身架系统、电控系统、点火系统及附件四部分组成。

1)身架系统主要由发射管、支架、电机、传动系统等组成。共同构成发射器本体。

2)电控系统主要由操作控制装置、电缆线等组成，用于控制(调整)模拟发射器转速。

3)点火系统主要由点火器(起爆器)、导电线、点火药包等组成。用于点燃发射药发射子弹。

发射药：2#小粒黑或樟枪药等。

1.3 模拟发射器技术要求

1)模拟发射器的立靶密集度要求。

2)模拟发射器的射角调整和转速范围要求。

3)初速及初速或然误差要求。

4)发射管表面处理要求，热处理要求，加工后进行超声波探伤检查要求。

5)危险品注意事项。

送弹入膛时，操作人员应站在模拟发射器一侧用弯折送弹器送弹入膛。送弹入膛后，才能接通电源和进行发射程序。发射完毕后立即关闭电源。

2 模拟试验项目

2.1 综合发火可靠性模拟试验

综合发火可靠性模拟试验可以考核后坐保险机构解除保险可靠性、离心保险机构解除保险可靠性、自毁自失效机构弹道保险性能和综合发火可靠性。主发火、自毁发火可靠性模拟试验方法与综合发火可靠性模拟试验方法相同，其区别在于需要对引信进行改装[4]。

1)目的

考核后坐保险机构解除保险可靠性、离心保险机构解除保险可靠性、自毁自失效机构弹道保险性能和子弹引信发火率是否满足指标。

2)基本原理

用模拟发射器发射子弹药，使子弹药获得后坐力、离心力以及速度。

3)主要内容

子弹引信发火率测试条件：

①模拟发射器的转速按引信的解除保险转速选取，当子弹配用于非旋转弹时炮管不旋转。发射药：2号小粒黑，药量根据引信的解除保险过载系数选取；

②射角： 0°～45°；

③射击距离200～400 m；

④目标：中等硬度地面/水面/灌木丛/水稻田等；

⑤子弹战斗部：惰性装药战斗部。

4)评定标准

子弹应全部回收，子弹引信对中硬度目标(中硬度目标指子弹抛撒落地后，包括稳定装置在内的子弹整体不能完全没入目标介质内的目标，如中等硬度地面、卵石地等)的综合发火可靠度置信应满足要求；对软目标(软目标指子弹抛撒落地后，包括稳定装置在内的子弹整体可完全侵入目标介质内的目标，如水稻田、灌木丛、松软初耕地、厚雪等)的综合发火可靠度应满足要求[4]。

2.2 引信瞬发度模拟试验

1)目的

考核引信瞬发度。

2)基本原理

根据相似理论，采用反向弹道试验法。将被测引信安装在模拟发射器前方的支架上。引信头部正对模拟发射器中心，用模拟发射器发射木制主动弹，使主动弹直接撞击静止的被动弹——引信，并使主动弹碰击引信时的速度与引信碰目标时的速度相同，当主动弹碰击引信时给出一个信号，引信作用爆炸时给出第二个信号，两信号的时间间隔即为引信的瞬发度[5]。

3)主要内容

①调整模拟发射器转速到需要转速，当引信配用于非旋转弹时炮管不旋转，装填发射药；

②测定主动弹速度；

③调整射角和射击距离；

④主动弹为木制；

⑤被动弹为引信；

4)评定标准

瞬发度散布范围应满足要求[6]。

2.3 子弹动破甲模拟试验

1)目的

考核子弹的动破甲威力。

2)基本原理

用模拟发射器发射子弹药，使子弹药获得后坐力、离心力以及需要的着靶速度。

3)主要内容

①调整模拟发射器转速到需要转速，当子弹配用于非旋转弹时炮管不旋转，装填发射药；

②按规定法向角射击；

③调整射击距离；

④主靶板：均质装甲钢板，后效板： Q235钢板；

⑤主靶板与第一层后效板间距50 mm，后效板间距10 mm；

⑥子弹战斗部配用改装的子弹引信。

4)评定标准

法向角不大于25°、着靶速度为子弹平衡落速的条件下，按照GJB140-1986的要求，能够穿透均质装甲钢主靶板和若干层Q235钢后效板。

2.4 子弹引信安全及待发距离试验

1)目的

考核子弹引信保险及解除保险距离。

2)基本原理

用模拟发射器发射子弹，使子弹能够到达引信安全及待发距离。

3)主要内容

①用模拟发射器发射；分别在子弹引信安全及待发距离立靶;

②发射药：2号小粒黑；

③调整发射药量；

④调整炮管转速；当子弹配用于非旋转弹时炮管不旋转；

⑤子弹引信装在假子弹战斗部上试验。

4)评定标准

在安全距离上立靶，子弹引信不许靶前、靶上炸，在待发距离上立靶，应靶上炸或落地炸。

2.5 子弹药强度模拟试验

导弹和远程火箭子母弹开舱时的速度一般在600～900 m/s，这么高的存速给子弹药强度、飞行稳定性和作用可靠性带来很不利的影响。导弹成本很高，因此需要用模拟发射器考核子弹药强度。

1)试验目的

考核子弹药在高存速开舱情况下的强度。

2)基本原理

用模拟发射器，发射子弹药，使其获得高存速。模拟发射器要有足够的强度，炮管要足够长，以获得高初速和低的后坐过载。炮管直径要大，以便将子弹倾斜放置，考核子弹在横向开舱情况下在不同姿态下的强度。由于导弹和火箭弹不旋转，所以炮管不旋转。

3)主要内容

试验条件：

①发射药：2号小粒黑、樟枪药；

②射角： 0°～45°；

③射击距离≥400 m；

④目标：中等硬度地面/水面/灌木丛/水稻田等；

⑤子弹战斗部：惰性装药战斗部。

试验方法：

将子弹套入弹托，战斗部朝向炮口装入炮膛，将带有电点火头的药包装入药室，将药室装入炮膛，通电，发射子弹。

4)评定标准

子弹药应能正常发火，子弹强度满足要求。

3 模拟发射器在引信及子弹药科研生产中的应用

在子弹引信研制中大量使用了模拟发射器，其应用包括方案设计阶段验证设计计算的准确性，通过设计-模拟试验-修改设计的过程不断完善设计，而不需要进行实弹射击试验。在工程研制和设计定型阶段在每批产品进靶场试验前进行模拟试验，其作用一是考核产品批质量状况，二是可以减少实弹射击的数量。

3.1 方案阶段

方案阶段根据设计要求，确定了子弹模拟试验条件、试验项目、试验数量和试验合格标准。

第一次试验，进行了20枚子弹综合发火性试验，同时考核后坐保险机构解除保险可靠性、离心保险机构解除保险可靠性、自毁自失效机构弹道保险性能(下同)。目标：中硬地面。试验结果全部发火。

第二次试验，进行了20枚子弹自毁发火性试验，目标：中硬地面。试验结果有3枚子弹瞎火，17枚发火。3枚瞎火子弹经检查发现是自毁机构的保险机构没有解除保险。分析原因是孔表面粗糙度不合格，造成运动阻力大，未解除保险。

第三次试验，利用合格的零件进行30枚子弹综合发火性试验，目标：中硬地面。试验结果全部发火。

第四次试验，进行了30枚子弹自毁发火性试验，目标：中硬地面。试验结果有2枚子弹瞎火，28枚发火。2枚瞎火子弹经检查发现是自毁机构的保险机构没有解除保险。分析原因是惯性簧抗力大，未解除保险。

采取减小惯性簧抗力并增大其驻室高度的措施，重新加工后，进行了第五次试验，子弹自毁发火性试验，试验数量50枚，目标：中硬地面。试验结果有1枚子弹瞎火，49枚发火。1枚瞎火子弹经检查发现是自毁机构的保险机构没有解除保险。自毁发火率为98%，满足要求。

完成方案样机加工后，进行全面性能考核。

第六次试验，进行100枚子弹综合发火性试验，目标：中硬地面。试验结果全部发火。

第七次试验，进行了50枚子弹自毁发火性试验，目标：中硬地面。试验结果有1枚子弹瞎火，49枚发火。1枚瞎火子弹经检查发现是自毁机构的保险机构没有解除保险。自毁发火率为98%，满足要求。

第八次试验，进行了50枚子弹引信大着角发火性模拟试验，试验结果子弹引信全部发火，试验结果满足要求。

第九次试验，进行了30枚子弹高低常温动破甲模拟试验，试验结果满足要求。

第十次试验，子弹引信安全及待发距离试验。用模拟发射器发射子弹，子弹状态为真子弹引信、假子弹战斗部，对木靶板射击，子弹引信在安全距离上不许靶前、靶上炸，在待发距离上应靶上炸或落地炸。试验取得良好效果并在设计定型试验中得到应用。

方案阶段共进行10次模拟试验，进行了子弹综合发火性试验、子弹自毁发火性试验、子弹引信大着角发火性试验、子弹引信安全及待发距离试验(只有通过模拟发射器试验才能实现)、子弹高低常温动破甲模拟试验。模拟试验中发现自毁发火率低，通过分析瞎火原因，改进设计，重新进行模拟发火试验，试验取得成功。通过14发母弹射击试验证明，模拟试验是成功的，子弹满足设计要求。

3.2 39.2子弹工程研制阶段

工程研制阶段对方案阶段自毁瞎火情况，减小了惯性簧抗力。

第一次试验，进行了20枚子弹自毁发火性试验，试验结果满足要求。

第二次试验，进行了20枚子弹综合发火性试验，目标：中硬地面。试验结果满足要求。

第三次试验，进行了20枚子弹综合发火性试验，目标：水面。试验结果满足要求。

第四次试验，为工程样机试验，进行了12发母弹(396枚子弹)高低常温自毁发火性试验，目标：中硬地面。试验结果满足要求。

第五次试验，工程鉴定试验，进行50枚子弹综合发火性试验，目标：中硬地面。试验结果全部发火。进行了50枚子弹引信大着角发火性模拟，试验结果满足要求。进行了20枚子弹高低常温动破甲模拟试验，试验结果满足要求。

由于工程研制阶段前期进行了大量的模拟试验并且试验效果理想，所以工程鉴定试验就不进行靶场射击试验，借用前期试验结果。

工程研制阶段进行了三次模拟试验和工程鉴定模拟试验，模拟试验项目有子弹综合发火性试验，水面发火性试验(水面目标在靶场射击试验很难找到，用模拟发射器就很好找到水面目标)、子弹自毁发火性试验、子弹引信大着角发火性试验、子弹高低常温动破甲模拟试验。试验满足要求。

3.3 39.2子弹设计定型阶段

定型批验收试验：进行了50枚子弹综合发火性试验，目标：中硬地面。试验结果满足要求。

设计定型试验：进行了50枚子弹引信大着角发火性模拟，试验结果满足要求。进行了30枚子弹高低常温动破甲模拟试验，试验结果满足要求。

设计定型靶场试验：进行了18发母弹(594枚子弹)高低常温综合发火性试验，目标：中硬地面。试验结果满足要求。进行了3发母弹(99枚子弹)高低常温主发火性试验，目标：中硬地面。试验结果满足要求。

设计定型阶段进行了子弹综合发火性试验、子弹引信大着角发火性试验、子弹高低常温动破甲模拟试验。试验满足要求。

模拟发射器轻便，射程近，可以在厂内靶场进行试验，方便快捷，节约研制经费和时间。模拟发射器试验一发费用300元，实弹射击一发母弹15 000～20 000元。由于大量采用模拟试验，39.2子弹研制过程发火性试验只消耗母弹47发，常规引信研制中发火性试验一般消耗200～500发弹。由于模拟发射器的使用，消耗弹药大大减少，研制费用降低很多。由于试验不用去外靶场，试验时间大大减少，缩短了研制周期。

3.4 模拟发射器在子弹药强度模拟试验中的应用

在导弹子弹研制中利用模拟发射器发射子弹模拟母弹在600 m/s存速开舱时的子弹药的状态，考核子弹药在高存速开舱情况下的强度。

试验采用新设计的低过载高初速的120 mm模拟发射器。发射药为2号小粒黑和樟枪药；射角：90°；目标：中等硬度地面；子弹战斗部：惰性装药战斗部。将子弹倾斜放置到弹托中，战斗部朝向炮口装入炮膛，将带有电点火头的药包装入药室，将药室装入炮膛，通电，发射子弹。试验结果，子弹药均正常发火，子弹强度满足要求。

3.5 引信瞬发度模拟试验应用情况

模拟发射器的应用不限于子弹，也可以用于其他引信。在火箭弹引信研制中，战术技术指标中规定了引信瞬发度指标，因此，需要测定引信瞬发度。由于火箭弹主动弹距离长，散布大，中靶率低，所以用实弹射击测定引信瞬发度费用很高，用模拟发射器具有费用低，试验周期短的优点。

用模拟发射器发射用模拟发射器发射木制主动弹，使主动弹直接撞击静止的被动弹——引信，并使主动弹碰击引信时的速度与引信碰目标时的速度相同，当主动弹碰击引信时给出一个信号，引信作用爆炸时给出第二个信号，采用HG——202型测试仪测两信号的时间间隔即为引信的瞬发度[6]。测试值与用空气炮测的瞬发度基本相同。因此，试验结果是可信的。设计定型试验也采信了此试验结果。

4 结论

模拟发射器在子弹研制生产中用于子弹引信综合发火可靠性模拟试验、主发火可靠性模拟试验、自毁发火模拟试验、引信瞬发度模拟试验、子弹动破甲试验、子弹引信安全及待发距离模拟试验、引信大着角发火性试验、子弹药强度试验、后坐保险机构解除保险可靠性模拟试验、离心保险机构解除保险可靠性模拟试验，取得良好效果，得到广泛应用。利用模拟发射器进行的模拟试验解决了各类子弹药在研制中的发火可靠性问题、破甲子弹的威力考核问题、子弹药强度考核问题、引信后坐保险机构和离心保险机构解除保险可靠性考核问题和引信瞬发度考核问题。利用模拟试验减少了实弹射击试验次数和数量，节约研制经费，缩短研制周期，值得在引信科研和生产中大力推广模拟试验。建议进一步总结各子弹厂家和引信厂家模拟试验应用情况，研究引信模拟试验的规律，制定引信模拟试验标准。