某自動機炸殼故障原因分析

李慶泉，陳 繼，劉樹新

(1.總裝備部重慶軍事代表局，重慶 400061;2.駐四九七廠軍事代表室，重慶 400071)

某高炮自動機在實彈射擊過程中出現了3次藥筒在藥室外炸裂故障，其現象是:

1)藥筒炸為數塊，后部呈開花狀;

2)底火上擊針擊痕明顯(見圖1所示);

3)輸彈滑筒、炮閂緩沖器損壞，閂體、閂座運動不靈活，輸彈簧力嚴重下降;

4)射后的藥筒少數有被劃傷現象(見圖2所示)。

圖1 故障藥筒

圖2 射擊過程被劃破的藥筒

1 故障定位

1.1 自動機閉鎖機構工作原理

該自動機采用導氣式工作原理，其閉鎖機構為魚鰓撐板剛性閉鎖結構，主要由閂體、閂座、擊針、閉鎖塊、支撐塊等組成［1-2］，如圖3 所示。

圖3 自動機閉鎖機構組成及閉鎖狀態

閉鎖擊發過程:擊發時，在輸彈簧的作用下，輸彈滑筒帶動閂座、閂體、閉鎖塊等復進，推彈入膛;關閂到位時，閂座推動閉鎖塊張開(如圖4所示)，使之進入支撐塊，實現剛性閉鎖(如圖5所示);之后閂座繼續復進20 mm，擊針打擊底火(如圖3所示);擊發后膛底壓力由藥筒底部作用于閂體，通過閉鎖塊、支撐塊傳遞到炮箱，同時楔緊閂座，使之始終處于左右閉鎖塊之間，保持機構剛性閉鎖，直至開閂抽殼。

圖4 閉鎖開始(或解鎖結束)時狀態

開閂抽殼過程:當彈丸越過身管上的導氣孔后，火藥氣體進入氣室，推動輸彈活塞、撞擊輸彈滑筒，帶動閂座后坐，閂座運動20 mm自由行程后，閉鎖塊失去閂座的支撐向內側轉動解鎖(如圖5所示)，炮閂開始抽殼、后坐。

圖5 閂座自由行程臨界狀態

1.2 故障樹

根據自動機閉鎖原理和故障現象，建立藥筒膛外炸裂故障樹(見圖6所示)。

圖6中:T代表頂事件，藥筒炸裂;E1代表中間事件，關閂過程早發火;E2代表中間事件，藥筒強度不足;E3代表中間事件，開閂時膛內壓力過大;E4代表中間事件，擊發后提前解鎖;X1代表底事件，底火早發火;X2代表底事件，擊針斷裂導致早擊發;X3代表底事件，藥筒自身強度不夠;X4代表底事件，藥筒劃破引起強度不足;X5代表底事件，彈藥內彈道異常;X6代表底事件，藥筒劃破引起內彈道異常;X7代表底事件，閉鎖間隙過大;X8代表底事件，閉鎖機構零件損壞;X9代表底事件，閂座反跳超過自由行程。

圖6 藥筒膛外炸故障樹

1.3 故障排查

1.3.1 關閂過程早發火

由于該自動機炮閂關閂過程對彈藥沖擊大，若底火沖擊感度過高則可能在閉鎖前早發火而導致膛外炸，但炸壞藥筒底火擊痕明顯，可排除底火早發火的可能。若擊針斷裂，可能在炮閂推彈時慣性前沖擊發底火，但自動機擊針完好，可排除因擊針斷裂導致早擊發的可能。

1.3.2 藥筒強度不足

如果藥筒強度過低，則可能在抽殼過程因不能承受殘余壓力而發生炸裂，經復查，該批彈藥筒強度合格。檢查3個炸裂藥筒底部殘片長度分別為約25、35、90 mm，表明是在非正常抽殼狀態炸裂，與藥筒強度無關。

被劃破藥筒其破口位于藥筒斜肩部，通過預先對藥筒破口并進行連發射擊試驗，未出現異常情況，可排除因藥筒劃破引起強度不足而導致膛外炸殼的可能。

1.3.3 開閂時膛內壓力過大

該自動機是靠火藥氣體解鎖開閂，正常情況下開閂時膛內只有較低的后效期壓力，如果內彈道燃燒異常造成開閂時膛內壓力高于藥筒所能承受的壓力，藥筒就會炸裂。但若開閂時膛內壓力過高，抽殼力必然很大，必然在藥筒底緣形成明顯的抓殼鉤抽殼痕跡，經檢查3個炸裂藥筒并無明顯抽殼痕跡。

通過預先劃破藥筒與正常藥筒的內彈道對比試驗，兩者內彈道參數基本一致，可排除因藥筒劃破引起內彈道異常而導致開閂時膛壓過大的可能。

1.3.4 閉鎖不可靠

閉鎖間隙過大、閉鎖機構零件損壞均可造成閉鎖不可靠。但經檢查，自動機閉鎖間隙合格，閉鎖機構零件狀態完整。

由該自動機的結構原理可知，閉鎖擊發時閂座和閉鎖塊間的撞擊必然使閂座產生反跳，如反跳行程超過解鎖前自由行程則會造成炮閂提前解鎖。為分析射擊過程閂座的運動情況，對5個自動機(含故障自動機)進行了共20組連發射擊過程高速攝像，每組彈最后一發使用無發射藥砂彈，以測試在不受膛底合力作用時閂座自由反跳的距離。測得閂座自由反跳距離達25.5～40.3 mm，超過20 mm自由行程;反跳距離達到20 mm所需的時間為5～11 ms。

1.4 原因定位及故障復現

根據故障排查可確認:在射擊中遇到彈藥點火延遲時間偏長時，由于閂座反跳越過了解鎖前自由行程，炮閂不能形成剛性閉鎖，造成藥筒退出身管并發生膛外炸殼。通過對使用彈藥的查證，該批彈的點火延遲時間離散程度相對其它批次較大，不排除個別偏長的可能。因此，閂座的反跳超過自由行程，造成閉鎖不可靠，是該故障的原因。

采用某種點火延遲時間偏長(9～10 ms)的彈藥進行連發射擊試驗，第一組第2發即發生了藥筒炸裂，其現象與實彈射擊故障完全一致。

2 故障機理分析

根據該自動機的閉鎖原理，閂座在閉鎖擊發時存在反跳是其固有特性，由于該自動機沒有設置防反跳機構，不能限制閂座反跳行程。彈藥發火后產生的膛底合力傳遞到閉鎖塊時閂座應處于解鎖前自由行程內，通過閂座、閉鎖塊、支撐塊的楔緊作用形成并保持機構剛性閉鎖。因此該機構閉鎖是否可靠依賴于彈藥點火延遲時間，若彈藥點火延遲時間偏長，則擊發后膛底合力的形成時間過長，膛底合力傳遞到閉鎖塊時，閂座已反跳退出自由行程而不能形成剛性閉鎖，膛底合力使閉鎖塊內收解鎖，導致炮閂失去支撐，藥筒在膛內壓力作用下推動炮閂后移并退出藥室，隨著火藥氣體壓力的迅速上升，藥筒承受不住內壓力而炸裂。

3 改進措施及驗證

此故障說明該自動機與彈藥存在匹配問題，而彈藥的點火延遲時間很難精確控制，其檢驗手段也只能采用抽樣統計，因此合理的改進措施應當是控制閂座反跳行程，提高自動機對彈藥的包容性。

3.1 改進方案

由于自動機的反跳是原理性的，限制閂座反跳行程只有增加設計防反跳機構。機構主要由安裝在炮箱兩側的兩套防反跳卡鎖組成，左右兩套卡鎖安裝位置前后錯位5 mm(見圖7所示)。

其工作原理是:當右輸彈滑筒復進到離終點5 mm時輸彈滑筒孔后斜面碰卡鎖，使其復進稍受遲滯，左輸彈滑筒和閂座先復進到位進行擊發，在反跳時右輸彈滑筒與閂座相撞，抵消部分反跳能量。當閂座帶動輸彈滑筒反跳時，卡鎖上的斜面再次消耗反跳能量從而減小反跳距離。

圖7 自動機防反跳機構方案

3.2 改進措施驗證

為驗證防反跳機構的有效性，以及增加該機構后對自動機工作循環的影響，進行了鑒定試驗。結果表明:增加的防反跳機構能有效地將閂座反跳行程控制在自由行程以內，實現了對彈藥的包容，射擊安全性得到了有效保證。增加防反跳機構后，該自動機功能、性能滿足技術要求，射擊循環未受明顯影響。

4 結束語

此故障的根本原因是彈炮匹配性存在缺陷，解決措施是完善設計。該型號自動機在使用中一次射擊接連發生3次炸殼故障，而在研制、生產過程射擊十余批數萬發彈，卻沒有發生過類似問題。故障的分析和解決告訴我們:研制過程應加強彈炮匹配性分析、設計和驗證，在進行設計計算時對涉及彈藥參數與自動機機構動作匹配關系環節的簡化須慎重;自動機的設計應充分考慮極限條件下的安全性，確保對彈藥和其它隨機不利因素的包容;研制試驗應加強各種極限條件下自動機性能的考核與驗證。

［1］王志凇，唐力偉，曹進華，等.某高炮自動機檢測技術研究［J］.火炮發射與控制學報，2012(3)：72-75.

［2］李杰仁，馬吉勝，鄭海起，等.某高炮自動機虛擬樣機仿真［J］.四川兵工學報，2009(6)：69-71.