装药设计优化方案

1.发射药装药

发射药装药（又称发射装药），是弹药的一个组成部分，是完成一次射击所用的发射药及辅助装药元件的总称。发射药装药的功能，是在射击时赋予弹丸所需要的炮口动能，并能满足武器有关安全、弹道、勤务处理等方面的战术与技术要求。发射药装药学是有关发射药的应用理论与技术的科学。

火炮装药，是指用来进行一次发射的、保证火炮内弹道性能和其他战术技术要求而具有特定形状、尺寸的定量火药及所有其他有关元件。

现代火炮的装药元件及其作用大致如下：

（1）火药。火药是火炮发射能源，是装药中最主要的元件，其种类、质量、形状、尺寸及其在药筒或药室中的配置形式对火炮的内弹道性能起着决定性作用。因此，有时把火药称为主装药。

（2）点火系统。点火是火药燃烧的起始条件，点火的好坏直接影响到火药燃烧的状况，从而影响火炮的弹道性能。点火系统的作用是在瞬间全面地点燃发射药，使火药正常燃烧并获得稳定的弹道性能。点火过强，会造成膛内气体压力骤然增高，甚至引起膛炸；微弱和缓慢点火，会导致装药不均匀点燃和迟发火，会造成弹道性能反常和射击烟雾多。装药的正常燃烧，除了选择合适的点火系统外，还必须合理地选定点火系统的结构和它在装药中的位置。点火系统由两部分组成：一部分是基本点火具，它对辅助点火药、传火药，或直接对装药进行点火，是提供最初点火热量的点火具，包括火帽、击发底火、电底火、击发门管等；另一部分是辅助点火具，用于加强点火能力，包括传火药和传火具。

（3）装药辅助元件。装药中除了火药和点火系统外，还可能有护膛剂、除铜剂、消焰剂、紧塞具和密封盖等装药元件。各种装药不一定都有这些元件，而是根据武器的要求分别选择采用。

①护膛剂，是防止高温高压火药燃气对炮膛烧蚀的元件，是威力较大的火炮装药必不可少的元件。射击时，发生物理化学变化，吸收大量的热，并在内膛表面形成冷却保护层以保护内膛，减轻火药燃气对炮膛的烧蚀作用，提高身管的使用寿命。

②消焰剂，是消除火药燃气在炮口和炮尾处与空气中的氧气发生进一步燃烧（二次燃烧）而产生的火焰或减弱火焰强度的一种元件。它用来避免夜间暴露目标和使射手眼花。

③除铜剂，是清除铜质弹带在运动过程中黏附在膛壁上的挂铜的一种元件。积铜的存在会妨碍甚至阻滞弹丸的正常运动和降低射击精度，甚至在积铜严重时出现胀膛现象，一般使用铜质弹带的弹丸的装药都添加除铜剂。

④紧塞具，是一种厚纸制的纸具，常有一个盂形盖和数量不等的纸筒、纸垫等，用于药筒装药。其作用在于：平时（特别是运输、传递时），用以固定装药，防止装药窜动或各个元件间相互错动，保护药粒免遭损坏；装填时，防止装药元件向前窜动，保持装药原有结构和弹道性能；射击时，在起始阶段能阻止火药燃气泄漏，帮助药筒口部迅速贴紧药室。所有这些都有利于装药的良好点火与燃烧，保证弹道的稳定性。

⑤密封盖，是一种有提环的厚纸制盂形盖，其上涂有密封油，用以密封装药，防止受潮。密封盖只在药筒分装式装药才具备，射击前应取出。

⑥可燃药筒，是装药的容器，发射过程中随火药一起燃烧，射击后消失。可燃药筒也具有能量，其燃烧性质、质量、结构对弹药的强度、储存性和易损性有重要影响，对弹道性能也有影响。

2.发射药与身管武器的关系

发射药是身管武器的一个组成部分，是武器进行抛射的能源，而武器又是发射药正常发挥作用的环境和条件，它们是通过武器的总体设计而组成为互相联系的整体。武器射击时，首先是发射药燃烧，然后通过燃烧的产物的膨胀推动弹丸，使弹丸获得很高的速度。全过程完成了发射药化学能变为弹丸动能的能量转化。发射药和身管武器之间互相促进和互相制约，主要表现在以下几方面：

（1）身管武器的发射威力，主要取决于发射药的能量及其利用率。

（2）身管武器的寿命，与发射药燃气的热作用、化学作用和冲刷作用有直接关系。

（3）发射药的质量、装药结构、点传火性能直接影响身管武器的射击精度，发射药的高密度装药对弹道稳定性的影响更为明显。

（4）发射药的性质（如燃气的化学性质、发射药的力学性质）明显地影响武器的战斗环境和武器的使用效果；武器射击过程中的各种有害现象（如烟、焰、噪声、冲击波、膛胀、膛炸）大都与发射药的性质有关。

（5）发射药及其装药能影响武器的机动性和勤务操作。

3.身管武器对发射药及其装药的一般要求

虽然枪械、迫击炮以及远射程、高初速、高射速等火炮对发射药及其装药的要求不完全一致，但它们对发射药及其装药有最基本的共同要求。

（1）发射药应有足够的能量，在药室容积限定的条件下，满足装药能量密度和膛口动能的需要。

（2）发射药应有良好的燃烧性能，特别是稳定燃烧的性能，发射时装药能按照设计的程序有规律地释放气体。

（3）在运输、储存和射击过程中，特别是在低温射击过程中，发射药应有很好的力学性能，能承受外界的机械冲击和装药高压燃气的冲击，以及药粒彼此间挤压或碰撞。

（4）发射药的烧蚀性应尽量小，在满足弹道指标的前提下，能保证身管有较高的寿命。

（5）射击时，燃烧的装药应避免形成膛口焰和膛尾焰，由膛口流出的气体应少烟和低毒。

（6）在长期储存中装药不能变质，不能发生事故，要满足储存期安定性和安全性的要求。

（7）选用的发射药，应该易于生产，原料丰富，成本低廉。

上述基本要求是身管武器对发射装药的共性要求，大口径远射程火炮、高膛压高初速火炮、高射速火炮、无后坐力火炮、迫击炮以及枪械，依据它们在战术中的作用和所承担的任务，它们对发射装药的要求又各有侧重。在基本要求的基础上，再分别满足一些特殊要求，有利于发射药潜力的发挥，有利于武器特征及其威力的发挥。

4.火药装药的类型

目前国内外武器装备中对线膛武器实际使用的装药有两种类型：一种是粒状装药用传火管点火的结构；另一种是粒状药加长管药或全部为长管药而以点火药包点火的结构。但有时一个装药同时含有传火管和点火药包，这就成了混合结构。

根据弹道要求所确定的构造特征与装填方式，一般线膛炮装药有药筒定装式、药筒分装式和药包分装式等装药结构。

1）药筒定装式装药

装药主要按弹道要求设计，安置在药筒中并与弹丸结合在一起。该装药的特点是：装药一经设计定型就不再改变，装药量固定，无论是保管、运输还是发射，装有一定量发射药的药筒始终与弹丸结合成一体。药筒定装式装药的优点是发射速度高，在战场上能迅速形成密集的火力，装配后的全弹结合牢固，密封性好，运输、储存和使用方便。这种装药适用于各种中小口径自动武器和射速较高的火炮。

2）药筒分装式装药

药筒分装式装药是把装有发射药的药筒和弹头分成独立的组件，按套配备，分开储存。射击时分两步装填，先装弹头，再装有发射药的药筒。这种装药多用于大、中口径榴弹炮，加农榴弹炮和加农炮。药筒分装式装药能在炮位不变的情况下，通过变动装药量就可以获得不同的初速和射程。药筒分装式装药一般是由不同型号发射药组成的混合装药，混合装药有多孔和单孔粒状混合药、粒状药和管状药混合药。该装药由薄火药制成基本药包，用厚火药制成等质量的附加药包。基本药包在射击时必须能达到规定的最低初速和解脱引信保险所需的最小膛压，全装药射击时必须提供规定的最大初速，并且不能超过允许的最大膛压。使用药筒分装式装药的火炮，其口径较大，弹药的点火系统是由底火和辅助点火药包组成。大威力火炮变装药还使用护膛剂和除铜剂，中威力火炮的装药只用除铜剂。

3）药包分装式装药

药包分装式装药的结构原理与药筒分装式装药相同，但不用药筒，而是直接将药包结合装入药室，并用特殊的击发管引发。平时，药包的储运过程均置于密封的包装筒中，装填时直接放入药室。该装药可以由一种或者两种牌号的发射药组成，有若干个药包。一个整体的药包能获得固定的初速，几个药包的组合能分别获得不同的速度。药体可以是粒状的或是管状的，一般具有两种以上的牌号。采用药包分装式装药时，由于取消了药筒，从而降低了使用费用，但其发射时药室的闭气问题就显得尤为突出，因而在采用药包分装式装药时，在火炮中均需同时采用可靠的闭气装置。目前，国内外流行的模块装药与药包分装式装药非常相似，不同的是在模块装药中没有药包，而是将发射药制成具有一定刚强度的装药模块（通常是将粒状药装入标准化的可燃药盒形成装药模块，也有直接将发射药压制成标准药块的）。在每个装药模块中，根据需要分别含有其他相应的装药元件。发射时，根据发射指令中的发射装药号，将对应规格及数量的装药模块装填进炮膛。(www.xing528.com)

5.发射药装药设计

1）装药设计及其流程

装药设计包括装药的弹道设计、点火系统设计、装药辅助元件设计和装药结构设计，设计流程如图12.2所示。装药的弹道设计是进行发射药能量、装药密度和全冲量的计算，设计结果是确定出装药所用的发射药种类、装药量、药型和发射药的弧厚。点火系统设计、装药辅助元件设计与装药结构设计，是进行点火剂、装药容器、缓蚀衬纸、消焰剂、除铜剂、固定元件、传火元件等装药部件的选择，并确定各装药元件的相对位置和确定装药的整体结构。

图12.2　装药设计流程示意

装药的弹道设计是决定装药系统做功过程的设计。一旦确定了弹道方案，接着就进行装药辅助元件和装药结构的设计。其中，点火系统设计是辅助元件设计的重要内容。虽然点火系统、辅助元件以及装药结构等设计的目标是明确的，但因现有的理论不系统，缺少最优化判据，所以在弹道设计之后往往是依靠经验并结合一些试验，先初步选择某种结构和元件，再经过从弹道设计、装药元件设计、装药结构设计和试验的多次反复，直至达到总体要求后才最终确定装药的整体设计。

2）装药设计的实施

装药设计的基础参数由设计要求和武器基本条件来提供，包括火炮条件（如火炮类型和火炮主要参数，如火炮使用的压力、火炮口径、炮膛断面积、药室结构、炮管长度等）、弹丸条件（如弹的种类、弹丸质量、弹的结构等）、弹道指标（如最高膛压与最低膛压、初速、初速分级、初速或然误差、膛压温度系数、速度温度系数等）、射击环境（如使用环境、火炮寿命、射击时弹药的装填方法等）。

（1）装药的弹道设计。

①发射药选择。根据装药的基础条件和装药设计的基本参数，初步选定发射药，提出几个可供考虑的发射药型号。

②装药能量密度和发射药渐增性的核算。对入选的发射药进行弹道计算，求出给定条件下多组方案的最大压力、初速和燃尽系数等参数作为评价指标来权衡。

③装药高、低温弹道性能的核算。对初选的装药方案进行高、低温弹道性能的计算。

（2）点火系统设计。

点火系统设计的点火强度指标有：点火药气体压力最大值、点火时间、点火药气体压力曲线上升的趋势、装药单位表面积所吸收的热量、点火压力曲线的重现性。对于一般的线膛武器，主要是控制点火压力、点火时间和点火热量，满足这些量的要求后，其他两项指标就比较容易满足。但对于有气体流出的低压火炮，这五项指标都必须考虑。

①点火元件的选择。常用的点火具有底火、点火药包和中心点火管。组成点火具的点火元件是药筒火帽、底火和辅助点火药包。小口径、短药室、定装式装药可直接选用底火作为点火具；中小口径火炮可以选择底火和点火药包作为点火具；大口径、长药室的定、变装药，需选择底火、点火药包、辅助点火药包和/或管状点火药束组成的点火具，也可直接选择中心点火管。对于装填密度较高、药筒较长的弹药，最好选用中心点火管点火具。

②点火药种类的选择。现有三类点火药：黑火药、多孔性硝化棉点火药和奔奈药条。最常用的点火药是黑火药。多孔性硝化棉点火药与黑火药配合使用于低压火炮，以增加点火药的热值。奔奈药条是由黑火药与硝化棉混合而成的条状点火药，可以在大口径火炮中应用。

③点火药量的选择。利用定容燃烧在给定点火压力条件下计算点火药量，或者利用经验公式估算点火药量。

经过反复试验和修正，对选择的点火具、点火药和计算的点火药量进行优化，进行弹道试验时，要固定除系统之外的装填条件，只改变点火系统，同时测定火炮的最高膛压、初速和压力曲线，最后选定压力、速度和点火时间适当的、弹道稳定的点火系统。

（3）装药辅助元件选择。

缓蚀衬纸、除铜剂、消焰剂以及紧塞具和密封装置等是常用的装药辅助元件。选择缓蚀剂时，应该在考虑装药条件、火炮口径、装药质量、发射药性质和药室的结构等因素之后，再确定缓蚀剂的质量、类型和装填方式，缓蚀剂占装药量的5%左右。如果弹带的材料是铜，则装药应使用除铜剂，除铜剂占装药量的1%左右。根据火炮的口径、初速、炮口压力、燃气温度以及产生炮口焰的条件等来决定消焰剂的用量、需要固定的装药要用紧塞具。大口径分装式装药需用密封装置。

（4）装药结构选择。

①根据武器的类型和战术技术要求选择相应的装药结构。中小口径加农炮、高射炮采用药筒定装式装药；大中口径榴弹炮、加榴炮和大口径加农炮一般选用药筒分装式变装药，只用一组变装药则不能满足初速分级要求时采用全变和减变两种装药，大口径榴弹炮和加农炮也可以采用药包或可燃容器式分装式装药；高膛压火炮采用高能量密度装药；无后坐力炮和迫击炮采用相对应的特制装药。

②发射药位置。粒状药散装于药筒或药包内，装填密度低的粒状药用紧塞具固定于药筒的底部；带装药、杆状药沿药筒的轴向按序排列，过长的杆状药可以截短分段排列，既可以散装，也可以捆扎后装填；粒状药和杆状药混合的装药是先将杆状药沿药筒轴向按序排列，再将粒状药散装于杆状药的周围；变装药的发射药分装于药包或容器内，射击时临时组合装填。装填密度低的发射药都要用紧塞具固定于药筒的底部。

③点火药位置。在短药筒、装填密度不高的情况下，点火药包常放在底火和发射药之间；如果药筒较长、装填密度较高，则除底火和发射药之间的点火药外，要在装药中插入用于传火的管状药束，或者把点火药分成两袋或三袋分放于药筒的底、中、上部。固定于药筒底部的中心点火管普遍适用于粒状药装药的点火，但用于带状药或管状药装药的中心点火管，其传火孔设在点火管的两端。变装药可以将点火药分成两袋，分别放置在药包的上面和下面。

④辅助元件位置。缓蚀衬纸安置在装药的周围并接近于弹底，药包分装式装药使用的缓蚀剂可以直接涂在药包布上。除铜剂绕成线圈放置在发射药和紧塞盖的中间（或套在发射药束的上部），带状除铜剂扎在装药上（或直接插在装药内）。消焰剂可放在装药的上端或下端，以分别消除炮口焰和炮尾焰，分装式装药可以把消焰剂预制成消焰药包使用。紧塞具和厚纸筒一起放在装药的上部。涂有石蜡、地蜡和石油酯熔合物的密封盖同样置于装药的上部，但在射击前要从药筒中取出。

（5）发射药样品试剂。

①发射药样品（或选用现有发射药）。取两种或两种以上的发射药品种（配方或药型）作为主方案进行试验，制出或选出的发射药试品，并将其用于密闭爆发器试验。

②密闭爆发器试验。通过指定最大压力的试验测出并比较出各试品在高、低、常温下的发射药特征值和p-t（压力-时间）曲线，着重求出不同温度下的燃速公式，比较各试品在不同温度下的强度和增面因素，从中淘汰强度不适合的发射药试品。

③寿命模拟。用烧蚀管法和模拟烧蚀枪法比较发射药试品的烧蚀性。

④用密闭爆发器试验数据进行装药能量密度和发射药渐增性的核算。

经上述4步工作，基本选定1～2种力学性能、火炮寿命、高低温弹道性能可能满足要求的装药方案。

（6）试制弹道试验用的装药、配置点火具和装药元件。

对于每一种发射药，除取弧厚计算值进行试制外，再取±5%两种弧厚，合计取三种弧厚进行发射药的试制。在装药方案选择的初期，设法固定点火和装药元件的有关因素，以突出发射药与弹道性能的内在联系。但是决定方案的全过程都应该把发射药、点火、装药元件作为一个系统进行研究和选择。

（7）靶场试验。

选择和制出的装药，经必要的理化和密闭爆发器试验后，才能进入靶场试验。靶场试验测定初速、最大压力以及p-t曲线，并尽量测定膛内压力波和药室不同位置的p-t曲线。根据试验结果和试验条件，对计算过程及内弹道编码进行修正，再进入装药诸元计算、试制装药、密闭爆发器试验、靶场试验的循环性工作，直到满足弹道诸元、勤务要求、战术要求为止。在此循环中，应不断修改装药参数和弹道模型，同时修改装药元件和装药结构，使之成为可用于生产和实战的装药。

（8）生产试制。

通过生产试制，验证生产的可能性和创造生产条件。

（9）靶场验收与鉴定。

按照国家标准、军事标准的要求进行靶场验收和鉴定。