发射装药及其优化设计

发射装药是指满足一定弹道性能要求，由发射药及必要的元器件按一定结构组成，用于发射的组合件。发射药与点火具是发射装药的基本元器件。除此之外，根据武器的具体要求，发射装药中还可能有缓蚀剂、除铜剂、消焰剂、可燃容器、紧塞具和密封盖等。

（1）发射装药的分类

1）常规发射装药

根据射击性能的不同，常将发射装药分为3类：实习装药、空包装药和战斗装药。实习装药是在试验和训练中使用，空包装药主要在演习（当不使用实弹时）和鸣放礼炮时使用，而战斗装药则在实际战斗中使用。按弹药装填和装药结构特点，可将发射装药分为定装式装药、分装式装药和迫击炮装药。

定装式装药的特点是不论在运输、储存以及发射装填时，装药都放置在药筒内与弹丸连成一个整体，装药质量是固定不变的。属于定装式装药的武器弹药有步兵武器（手枪、冲锋枪、步枪、机枪）的枪弹装药，以及中小口径地面炮、坦克炮、高射炮、航炮、舰炮所用弹药的发射装药。

分装式装药的特点是装药全部放置在药筒或药包内，在储存、运输时与弹丸分开。装填时，首先把弹丸装入膛内，然后再装入盛有装药的药筒或药包。分装式装药一般都是可变装药，即在射击前可根据需要从装药中取出定量的附加药包而改变其装药量。155 mm口径以上地面炮及大口径岸舰炮发射装药一般都采用分装式装药。

迫击炮装药在射击时虽然也是一次装填，具有定装式装药的特点，但其辅助装药又具有药包分装式装药的特点，所以单独列为一类。发射装药对提高武器弹道性能有重要作用。因此，对刚性组合装药、低温感装药、随行装药、密实装药等新概念、新结构装药技术的研究非常活跃，并已取得重大成果，如刚性组合装药、低温感装药已正式应用于制式弹药。

2）新型发射装药

①刚性组合装药。刚性组合装药，又称模块装药。由若干个刚性装药模块组合而成的发射装药，可根据使用时不同射程的要求决定装填模块的个数。它是一种用于大口径火炮的新型发射药，正在取代传统的布袋式药包装药。由于现代战争要求武器有快速反应能力，要求火炮有更高的射速，因此现代大口径火炮一般都配置弹药快速自动装填系统。传统药包装药无法适应快速自动装填的要求，因此刚性组合装药技术便应运而生。组合装药的模块外壳是由硝化棉和纸浆加工制成的可燃容器，具有足够的强度，以保证装药的刚性。模块内盛装发射药，并配置可靠的点传火系统以及其他元件。可燃容器及可燃传火管等由于也具有一定能量，成为装药发射能源的组成部分，因此对其配方、几何尺寸及质量公差均有严格要求，以保证装药弹道性能稳定及射击后燃烧完全，不遗留未燃尽的残渣。刚性组合装药有全等式和不等式（刚性装药各模块的外形、尺寸、内部结构完全相同的为全等式，否则为不等式）。目前，美、英、法、德等国已研制成功由两种模块组成的发射装药系统，例如美国的M231和M232模块化火炮装药系统，如图2-27和图2-28所示。

图2-27　M231模块装药

图2-28　M232模块装药

M231/M232模块装药系统由美国通用动力公司武器与战术系统分部研制，可用于现役的所有155 mm榴弹炮系统。该模块装药系统由小号（1～2号）装药用的M231模块和大号（3～6号）装药用的M232模块构成，具有如下优点：使用时安全、可靠、有效；燃烧后无残渣；不含铅；由于采用刚性结构，形状对称，质量轻，因此勤务处理很方便。

黑带、绿色的M231模块装药于1999年定型，长为153.7 mm，直径为154.9 mm，质量为1.93 kg，内装PAP 7993单基粒状发射药，无任何附加剂，射程为3.0（3.3）～11.5（11.8）km。浅褐色的M232模块装药于2001年8月定型，长为156 mm，直径为152.4mm，质量为2.65 kg，内装低焰的M30 A1型七孔三基粒状发射药，并装有护膛剂、缓蚀剂和除铜剂，两端外表面上铸有4个隆起区分点，射程为7.2（7.4）～28.4（30.5）km。这两种模块都是双向点火，装填时不必考虑方向性。该模块装药系统的可燃药筒为非插接式结构，表面涂有保护层，可直接储存在车内。运输时，每个PA161包装筒可装4个M231模块装药，每个PA103 A2包装筒可装5个M232模块装药。

图2-29所示是德国155 mm DM72/DM82模块装药系统，由德国莱茵金属公司和硝基化学公司为PzH2000式52倍口径155 mm自行榴弹炮以及使用北约制式39倍口径身管的现役火炮系统共同研制。该模块装药系统由小号（1～2号）装药用的DM82模块和大号（3～6号）装药用的DM72模块构成，具有如下优点：射程可增大到40 km以上；燃烧后无残渣；插接与拆卸无须辅助装置，操作方便快捷；结构呈内弹道对称，装填时无方向性要求，可以从任何一端点火；用锡箔代替铅箔做除铜剂；炮口焰低；适用于人工、半自动和全自动装填；对炮管的烧蚀性低；符合低易损性要求；高度不敏感；可简化勤务处理。

图2-29　德国155 mm DM72/DM82模块装药系统和装填到炮膛时的状态

该模块装药系统的弹道性能：在21℃下，52倍口径火炮采用6个DM72模块装药发射L15A1弹的平均初速为945 m/s；发射普通弹的最大膛压为415.8 MPa，发射L15A1弹的最大膛压为406 MPa；膛压和初速随装药模块数量的增减而变化；用39倍和52倍口径火炮发射时，所有装药号初速的标准误差均低于2m/s，点火延迟时间小于300ms；200mil射角的最小射程为3 500m，在1 244mil射角的最小射程为53m。该模块装药系统主要战术技术性能如表2-17所示。其既适用于52倍口径的PzH2000自行火炮，也适用于39倍口径的M109A3G自行火炮和FH70牵引火炮。

表2-17　德国155 mm DM72/DM82模块装药系统主要战术技术性能

②低温感装药。低温感装药，即低温度感度装药，又称低温度系数发射装药，是指发射装药的初温对装药内弹道性能（膛压、初速）影响较小的一类发射装药。其理想状态是在使用温度范围内，发射装药的高温膛压增量、低温初速降趋近于零。这时也称之为零梯度发射装药。由于发射药燃速是随其初温的提高而增加，所以一般发射装药高温膛压增量很大，而低温初速降也很大。低温度系数发射装药可以在不提高火炮最大膛压的条件下（即身管能够承受的压力条件下）大幅度提高初速。这是提高火炮性能的有效途径。低温度系数发射装药的研究受到国内外装药工作者的普遍重视。国外的研究工作主要从两方面着手：一是化学途径，即使用某些化学添加剂来减小温度对发射药燃速的影响（已在中、小口径武器发射装药研究上取得明显进展）；二是物理途径，即通过发射药的包覆控制高、低温条件下发射药的初始燃面或通过延迟点火，控制发射药气体生成速率，降低装药温度系数。

③密实装药。密实装药，即使用压实、固结等方法使装填密度超过发射药自然堆积密度的一类装药的统称。当前采用的制造密实装药的主要方法如下：

一是多层密实结构发射药装药，由多层发射药片叠加而成，且各层之间有明显的界限。其制造工艺可以采用复式压伸或发射药圆片叠加。

二是小粒药或球形药压成密实发射药。制造工艺一般是采用溶剂蒸气软化技术将药粒软化再进行压实，可使装填密度达到1.25～1.35 g/cm3。

三是纺织式密实发射药，将发射药组分溶于挥发性溶剂中制成黏稠溶液，在一定压力下通过抽丝器抽丝并使之固化。细丝用纺织机按预定式样绕成一定形状。

对一定的武器装药，密实装药可使装填密度由0.9 g/cm3提高到1.35 g/cm3，并可使能量密度提高到1.5倍；当火药力由1 087.7 kJ/kg提高到1 274.8 kJ/kg时，能量密度仅提高到1.18倍。由此可见，密实装药的潜力很大。密实装药的关键技术是点（传）火、装药解体和燃烧的一致性，以及由此引发的弹道稳定性和再现性问题。目前，该装药技术正在研制中，尚未用于武器装药。

④随行装药。随行装药，又称兰维勒装药。射击过程中，部分装药固定在弹丸底部与弹丸一起运动的一种发射装药。

对于常规发射装药，发射药主要集中于药室内。当推动弹丸加速时，发射装药与弹丸分离，并散布在整个弹后空间进行燃烧。随着弹丸的运动，弹后未燃完的固体火药在火药气体的驱动下将追随弹丸而沿膛内流动，使得膛底和弹底之间形成一个接近于在拉格朗日假设下抛物线形式的压力分布，膛底压力远高于弹底压力。这一压力梯度的存在，使得推动弹丸运动的弹底压力仅是膛底压力的70%～80%；同时，火药燃烧释放出的能量，不仅用于推动弹丸运动，还要用于加速弹后空间的火药气体，以保证部分气体与弹丸以相同的速度运动，因而严重地影响了弹丸初速的提高。尤其是高膛压、高装填密度的反坦克炮，弹丸的炮口速度越高，膛底和弹底之间的压力差就越大，气体和装药运动所消耗的能量也就越大。

随行装药技术是在弹丸底部携带有一定量的火药，并使之随弹丸一起运动。由于随行装药的燃烧能够在弹丸底部形成一个很高的气体生成速率，所以有效地提高了弹底压力，降低了膛底与弹底之间的压力梯度，在弹丸底部形成了一种较高的、近似恒定的压力；同时，局部的、高速的固体火药燃烧生成的火药气体，在气固交界面上形成很大的推力。与普通装药火炮相比，该推力与弹丸底部附近的气体压力相结合，使得对弹丸做功能力的增加，直至该部分火药燃完。因此，在相同的装药量与弹丸质量的比值ω/m下，使用随行装药技术能够使弹丸获得比普通装药更高的初速。目前，随行装药技术还没有达到应用的程度。其关键技术，即高燃速发射药燃速稳定性、弹体与药柱之间的结合还没有突破性进展。

随行装药一般可以分为三大类型：

一是固体随行装药。固体随行装药是指组成随行装药结构的主装药和随行装药均采用固体火药。作为随行装药的固体火药一般都采用气体生成速率较高的火药，并采用随行技术将火药固定于弹丸的尾部，使其随弹丸一起运动。

二是液体随行装药。液体随行装药是指组成随行装药结构的主装药和随行装药均是液体火药。作为随行装药的液体火药一般是装在位于弹丸尾部的容器内。

三是固液混合随行装药。固液混合随行装药是指随行装药结构的主装药是固体火药，而随行装药是液体火药。它充分地利用了固体火药燃烧稳定可靠及液体火药便于携带的优点。这是目前研究较为广泛的一种随行装药方案。

（2）对发射装药的要求

1）弹道方面的要求(www.xing528.com)

从弹道方面看，主要要求如下：

①获得必要的初速和压力。为此，必须正确选择火药成分、形状、单体火药尺寸、装药质量、点火药质量和合理的装药结构。

②火药应在炮膛内迅速燃尽。为此，必须合理地选择火药成分、形状和燃烧层厚度，点火药要能瞬时引燃全部药粒。

③在不同的温度条件下应能保持装药的弹道性能。为此，要求设计合理的装药结构，选择安定性好的火药，确保装药保管时的密封性。

2）战术技术方面的要求

从战术技术方面看，主要要求如下：

①提高火炮寿命。在满足弹道性能的要求下，应当尽量使用低爆热、低烧蚀性的火药，并在装药中加护膛剂。

②发射时，烟少、火焰小（加入消焰剂）。

③装药安全、简便。

④长期保存安全、不变质。

3）生产经济性方面的要求

从生产经济性方面看，主要要求如下：

①装药结构简单，适于大量生产。

②装药成本低，不用昂贵和稀缺材料。

（3）发射装药的结构特点

装药的基本元件是火药。火药具有一定的潜能，而当火药发生爆燃时，潜能将转变为火药气体的动能和热能，从而推动弹丸运动而做功。从根本上来说，火药是弹丸运动的能源。

装药的第二个不可缺少的元件是点火药。点火药的作用是在尽可能短的时间内，同时点燃装药的全部药粒，以保证火药的正常燃烧。除此之外，装药还包含钝化剂、护膛剂、除铜剂、消焰剂、紧塞具和厚纸等。它们的功能已在前面谈及，在此不予赘述。

当击针撞击火帽或电流通过火帽时，火帽火药燃烧，放出灼热气体和固体颗粒。若装有黑药制的药饼或粒状辅助点火药，则击发剂的燃烧生成物立即点燃辅助点火药。辅助点火药的燃烧生成物大约以1 000 m/s的速度传布于整个装药，加热并点燃发射药表面，从而引起火药的热分解反应。发射药分解时，1 g火药放出900～1 100 mL的气体、2 500～5 000 J的热量和少量的固体颗粒。装药燃烧时生成的火药气体温度可达2 200～3 600 K，密度达0.3 g/cm3。火药气体分子的无规则运动产生了炮膛压力。在该压力的作用下，弹丸将向前（或做旋转）运动。

1）定装式药筒装药的结构

定装式装药大都采用硝化棉粒状火药，部分使用管状硝化棉火药和双基药。粒状硝化棉火药的优点是假密度大，装药制造容易，同一种牌号的火药可适用于不同的火炮。缺点是火药放置较乱，难于点燃。为此，在一部分装药结构中，常加有管状药束，以利于传火。

在我军装备的57 mm高射榴弹的发射装药中（图2-30），使用牌号为7/14的散装粒状硝化棉火药。药筒的内表面装有护膛衬纸，上面放有除铜剂、紧塞具和厚纸等。

在85 mm穿甲弹的装药（图2-31）中，17/7粒状药占总装药的88%，18/1管状药占12%。使用管状硝化棉火药的目的，在于改进装药的点燃条件和提高它在低温下弹道性能的稳定性。管状药用细棉线绳捆在一起。

2）分装式药筒装药的结构

分装式药筒装药一般都采用变装药。通常，榴弹炮和加农炮的减变装药由两种牌号的火药组成。变装药是由基本药包和若干附加药包（等重的或不等重的）制成的：基本药包构成最小号装药；基本药包和若干附加药包的组合，构成了中间装药和最大装药（或称全装药），见表2-18。

图2-30　57 mm高射榴弹药筒装药

1—引信；2—弹体；3—炸药；4—曳光管；5—支筒；6—紧塞具；7—除铜剂；8—护膛剂；9—发射药；10—底火。

图2-31　85 mm穿甲弹药筒装药

1—弹丸；2—炸药；3—引信；4—紧塞盖；5—支筒；6—纸垫；7—除铜剂；8—护膛剂；9—药筒；10—粒状发射药；11—管状发射药；12—底火。

表2-18　54式122 mm榴弹炮杀爆榴弹装药

续表

若一种牌号的火药可以满足规定的初速和最大（或最小）膛压，则装药应采用一种火药。若一种牌号的火药装药不能满足弹道性能要求，则应采用两种牌号的火药。此时，基本药包用薄火药，而附加药包用厚火药。例如，54式122 mm榴弹炮杀爆榴弹的装药（图2-32）就用了基本药包4/1火药和附加药包9/7火药，其中附加药包由上、下两种等量药包（各4个）组成。将30 g点火药包缝在基本药包下部，并将除铜剂放在附加药包上，上面用紧塞盖和密封盖压紧。