【裝備理論與裝備技術】

美軍轉管武器試驗規(guī)范分析

呂文軍，王惠源，陳輝

(中北大學，太原030051)

摘要：目前各國對轉管武器試驗驗收都有自己的一套試驗規(guī)范，都各有其優(yōu)勢，通過對美軍7.62 mm 6管轉管機槍(M134)的試驗規(guī)范及25 mm 5管航炮(GAU-12)的試驗規(guī)范分析研究，覺得其中有關射擊精度、身管壽命、擊發(fā)機構、后坐力、扭矩測試等試驗規(guī)范值得我們借鑒學習；目的是通過對美軍轉管武器試驗規(guī)范學習，對其中比較突出關鍵的規(guī)范分析，展現(xiàn)其合理性、科學性、靈巧性及可操作性；利于我國的在今后轉管武器試驗中有針對性的采取其中有利規(guī)范進行試驗。

關鍵詞：射擊精度；身管壽命；擊針撞痕

收稿日期：2014-08-15

作者簡介：呂文軍(1987—)，男，碩士研究生，主要從事武器系統(tǒng)現(xiàn)代設計理論和方法研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.03.016

中圖分類號：TJ306+.1

文章編號：1006-0707(2015)03-0060-05

本文引用格式：呂文軍，王惠源，陳輝.美軍轉管武器試驗規(guī)范分析[J].四川兵工學報，2015(3):60-63.

Citation format:LYU Wen-jun, WANG Hui-yuan, CHEN Hui.Analysis of Test Specification of US Gatling Weapons[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(3):60-63.

Analysis of Test Specification of US Gatling Weapons

LYU Wen-jun, WANG Hui-yuan, CHEN Hui

(North University of China, Taiyuan 030051, China)

Abstract:Nowadays, every country has a range of test specification to their gatling weapons test acceptance, and each has its advantage. Based on the analysis and research of the American 7.62 mm 6 barrels gatling gun (M134) and 25 mm 5 barrels aircraft gun (GAU-12) test specifications and we think that the test specification about where shooting accuracy, barrel life, firing mechanism, recoil and torque are worth our using for reference study. The purpose of this article is to show the rationality, science, dexterity and maneuverability of American military test specification by learning and analyzing the more prominent critical specification. And the above analysis can benefit our country’s gatling weapon test when taking the targeted positive specification test in the future.

Key words: firing accuracy; barrel life; firing pin indent

轉管武器交付部隊使用前都要進行一系列的試驗測試，各國針對不同型號的武器也都有自己的一套試驗測試規(guī)范，也都各有優(yōu)勢。本文主要研究分析美軍的7.62 mm 6管轉管機槍(M134)的試驗規(guī)范及25 mm 5管航炮(GAU-12)試驗規(guī)范，把其中本人認為有新意有創(chuàng)新點的幾點試驗規(guī)范拿出來分析，以便國內同行參照、研究及引用。

1射擊精度測試規(guī)范

射擊精度[1]簡單的說就是射彈命中目標的準確度。包括武器射擊的準確性和射彈密度2個方面，即射擊準確度和射彈散布密度。射擊準確度，是指平均彈著點距離預期命中點偏差的程度；射彈散布密度，是指彈著點圍繞平均彈著點散布的程度。美軍測試射擊精度時，先把武器安裝固定在測試平臺上，在其25.4 m外立靶進行冷槍校正，然后射擊100發(fā)曳光訓練彈(TP-T)，其80%的彈著點所在的最小直徑圓就是射彈散布；用這80%的彈著點的中心位置與實際的瞄準點的距離差來描述武器的射擊準確度。

我國轉管武器試驗時采用的方法是剔除散布最大的十幾發(fā)彈，再用剩下的彈衡量武器的射彈散布及射彈精度。如果發(fā)射彈藥數(shù)不夠多，如試驗彈40～50發(fā)，則會因剔除比例太大而影響了對轉管武器的射擊精度評估。

美軍的試驗規(guī)范首先確定射彈100發(fā)，用80%的彈著點來衡量射擊精度(意味著20%的剔除即20發(fā))，剔除的彈似乎比我國的十幾發(fā)彈多，但其剔除比例小，這樣即考慮了轉管武器啟動時間內的不穩(wěn)定性也考慮了因特殊原因而造成散布較大的個別彈(表1)。

表1　幾種武器的射擊精度規(guī)范

2身管壽命規(guī)范

2.1幾個定義

身管壽命[2]是指當出現(xiàn)以下情況時身管壽命就被看作結束：武器在規(guī)范標準的射擊方式和射速下射擊任何相同口徑彈藥時，當身管第一次與另一支新的身管相比較在射擊60發(fā)(±10發(fā))彈藥時出現(xiàn)平均速度下降61 m/s(更多)，或在25.4 m距離上20%的彈丸自身翻轉超過15°。

GJB51A—2005《可靠性維修性保障性術語》中對耐久性的定義是：產(chǎn)品在規(guī)定的使用、儲存與維修條件下，達到極限狀態(tài)之前，完成規(guī)定功能的能力，一般用壽命度量。《美陸軍試驗鑒定司令部試驗操作規(guī)程》的定義是：產(chǎn)品沒有發(fā)生耐久性失效而成功地工作直到設計使用期或直到大修的概率。耐久性失效是指該武器裝備無論從技術上還是經(jīng)濟上考慮，都不能再繼續(xù)使用了，它是一種經(jīng)濟性要求。[3]

根據(jù)產(chǎn)品的使用狀態(tài)及利用系數(shù)，耐久性參數(shù)可以是有用壽命或使用壽命[4]。對于“動力”類或可修復的產(chǎn)品，有用壽命是其耐久性的決定性指標。有用壽命和耐久性關系如圖1所示。

圖1　有用壽命與耐久性關系

點射時間。通常情況下把點射時間定義為一個射擊周期，它包括至少1 s的持續(xù)射擊和5 min自然冷卻。長點射是指武器系統(tǒng)在射擊信號沒有停斷之前或武器系統(tǒng)自身沒損壞的前提下能最少連續(xù)射擊300發(fā)曳光訓練彈(TP-T)，且射擊過程必須滿足武器的射擊精度要求、射速要求和清膛功能的要求。 武器進行測試前需功能預熱，即手動進行12發(fā)曳光訓練彈(TP-T)射擊。

2.2身管壽命測試

根據(jù)有用壽命跟耐久性的關系，武器應能承受一個耐久性射擊試驗：耐久性試驗是指在“2次大修間的平均壽命、必須遵循的更換時間”之內能持續(xù)射擊3 000發(fā)彈藥且在射擊3 000發(fā)彈藥時沒有零部件失效、損壞，武器故障不超過兩次；測試過程中每輪至少三分之一的彈藥在1個連射中射擊完，剩下的彈藥以點射方式在規(guī)范規(guī)定的時間內射完；最后測試數(shù)據(jù)的分析應該與射速，可靠性和身管壽命的規(guī)范規(guī)定吻合。

以美軍7.62 mm 6管轉管機槍(M134)的耐久性測試規(guī)范為例(身管壽命3 750發(fā))：每次耐久性測試的完成需要1 500 發(fā)的彈鏈。為了完成測試，武器要在其額定射速區(qū)間某個穩(wěn)定的射速上連續(xù)射擊10次每次150發(fā)。每1 500發(fā)彈射擊結束后要確定出和記錄好機槍的加速時間、制動時間、扭矩和穩(wěn)定的射速，并與其性能要求相比較看是否符合設計要求。如表2 M134性能要求所示。

表2　M134性能要求

測試過程中，在射擊完150發(fā)彈后機槍要冷卻(不能強制冷卻，要自然冷卻)5～15 s。當每次射擊完1 500彈鏈，機槍要冷卻到室溫25℃(用強制冷卻甚至是水冷卻 )。射擊 3 000 發(fā)后機槍就必須進行檢查和潤滑，機槍檢查時移動的零部件檢查完畢必須復原到原來的位置。

測試過程中不修理或更換的零部件，除非零部件損壞或磨損導致其功能失效不能再用。一個失效的零部件可能是造成機槍故障或機槍可靠性降低的因素。每次耐久性測試都要有完整的記錄，記錄包括每次故障和所有更替的零部件及當時射擊多少發(fā)彈藥。調查研究引起零部件故障和失效的原因及采取的相對措施。

3擊發(fā)機構

轉管武器的擊發(fā)方式分為2種，一種是機械擊發(fā)，采用機械底火彈藥，如M134 7.62 mm 6管轉管機槍；一種是電擊發(fā)，采用電底火彈藥，如GAU-12 25 mm 5管航炮。

3.1機械擊發(fā)規(guī)范

機械擊發(fā)是通過釋放擊針用擊針突出量撞擊底火以達到擊發(fā)目的的擊發(fā)方式。擊針突出量撞痕是指擊發(fā)時擊針尖突出槍機(機頭)彈底窩平面的尺寸[5]。為了確保擊發(fā)底火需要一定的擊針突出量，其值視動作形式和底火大小而定。如果突出量短于所需，則不發(fā)火；如果過大，則底火易擊穿漏煙。美軍轉管武器試驗規(guī)范中以擊針撞痕來測試擊針突出量(即擊發(fā)機構)的設計是否符合設計指標要求。以下以美軍的7.62 mm 6管轉管機槍(M134)測試規(guī)范為例：

擊針撞痕是指擊針撞擊99.99%軟退火純銅壓縮缸，99.90%純銅壓縮缸上的凹縮量不少于0.013英寸也不大于0.025英寸，且偏離中心不超過擊針撞痕直徑的1/2。

擊針撞痕測試：武器保持水平位置，用固定裝置固定好99.99%軟退火純銅壓縮缸，然后調整武器的擊發(fā)機構使其與銅壓縮缸處于“閉鎖狀態(tài)”，然后釋放擊針撞擊軟退火純銅壓縮缸；取出軟退火純銅壓縮缸測量在銅壓縮缸上撞痕的深度——銅壓縮缸撞擊前表面到擊針撞痕頂端的距離，測量3次以確定測量結果的準確性。分別對3個軟退火純銅壓縮缸連續(xù)進行撞擊測試測量其撞痕。測量結果沒有出現(xiàn)不達標現(xiàn)象，則擊發(fā)機構的功能符合射擊要求。

這樣以擊針撞痕的方法檢驗擊發(fā)機構，既可以檢驗出擊針簧的伸縮性是否符合設計要求及擊針頭撞擊瞬間的能量是否過大或過小，也可檢驗出擊針的凸出量及擊針頭的剛性要求是否達標。

3.2電擊發(fā)規(guī)范

電擊發(fā)是指當武器機芯旋轉到擊發(fā)位置，機芯擊針導電軟件適時可靠地接通激發(fā)電源，并通過炮彈與機炮組成回路擊發(fā)炮彈。電擊發(fā)方式只要電流能夠成功擊發(fā)彈藥底火，則不存在類似機械擊發(fā)遲發(fā)火問題。電擊發(fā)需要解決的問題如下：機芯導電軟件導電鎖是在高速旋轉下接觸發(fā)火機接觸快導電的，且接觸瞬間武器處于劇烈振動的情況下，因此不允許跳動式的點接觸，否則容易產(chǎn)生“瞎火”彈；線路避免采用錫焊工藝，因發(fā)火結構在劇烈振動下工作，錫焊易疲勞斷裂而引起“瞎火”彈的產(chǎn)生；導電軟件受潮或進水易產(chǎn)生“瞎火”彈，因此將發(fā)火機構設計成密封式的最為理想。[6]

因為支架剛性不夠易使航炮振動導致接觸跳動，為避免產(chǎn)生“瞎火”彈GAU-12 25mm 5管航炮的電擊發(fā)規(guī)范還考慮了支架的剛性對穩(wěn)定性的影響。

4后坐力測試規(guī)范

目前，國內外關于后坐力的測試歸結起來大致有2種方法，一是機械測試法，另一個是電測試法。機械測試法是將緩沖器與一鉛塊相連，當自動機運動時，緩沖器會帶動鉛塊一起運動，鉛塊質量一定，鉛塊上升的速度是可測的，則通過能量守恒定律由鉛塊上升的高度就可以換算出最大的后坐力。電測試法是將武器放在測試平臺、測試時是由力傳感器將測試信號傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，然后數(shù)據(jù)處理器處理分析電信號，從而測試出武器的最大后坐力。[7]

美軍7.62 mm 6管轉管機槍(M134)試驗規(guī)范中沒有對后坐力進行具體規(guī)范，但25 mm 5管航炮(GAU-12)因為有鋼架接觸所以有后坐力測試要求。

5環(huán)境測試規(guī)范

美軍規(guī)定所有的武器裝備、零部件和材料以及彈藥都必須先送到環(huán)境實驗室進行模擬環(huán)境測試，再送到環(huán)境試驗場進行實地環(huán)境測試，只有通過了這些測試才能正式交付部隊使用。

目前，國外已將環(huán)境測試標準化，許多國家還制定了環(huán)境測試標準，總的說來這些標準大同小異，主要包括以下測試項目：低壓(高空)測試、高溫測試、低溫測試、防霉測試、防潮測試、淋雨測試、鹽霧測試、沙塵測試等[8]。

美軍的25 mm 5管航炮還進行射擊狀態(tài)和非射擊狀態(tài)下加速測試，即飛機加速度如表3所示狀態(tài)下航炮系統(tǒng)沒有損壞且能保持穩(wěn)定射速。

表3　飛機加速度要求

在射擊狀態(tài)下，其射速隨飛機加速度的增加而降低，以最低射速3 600發(fā)/分為例，其射速與加速度變化關系如圖2所示。

圖2　射速與加速度關系

美軍對載體加速度的測試及各種情況下加速度試驗值值得我們學習研究，我國今后的航炮設計可參照美軍的試驗規(guī)范進行設計優(yōu)化，也可依次制定自己的航炮試驗規(guī)范。

6扭矩測試

扭矩測試[9]是利用試驗測量克服金屬變形抗力和金屬同傳動摩擦力施加給傳動軸的力矩，然后分析判斷數(shù)據(jù)是否符合設計要求。對于外能源武器的扭矩測試一般采用非電量電測法，測量時直接把應變片貼在傳動軸上，組成測量電橋，用應變儀測量由扭矩作用產(chǎn)生的剪應變或剪應力，推算出扭矩。這中方法的優(yōu)點是，直接測量傳動軸的扭矩變形，減少了由功率和轉速推算的間接影響因素。對于內能源驅動的武器的扭矩測量，由于引線問題，一般采用非接觸式扭矩測量法(圖3)，其原理是：傳動軸上的機械應變引起貼在該軸上的應變片的電阻發(fā)生變化，使電橋失去平衡；發(fā)送器把信號發(fā)送出去，再由接收器接收信號后送入接收機，經(jīng)鑒別器把信號解調并轉換成電壓信號，進行記錄和顯示等。

圖3　非接觸式扭矩測量方框圖

扭矩的測量可以幫我們分析武器的結構受力情況，便于安全性判斷及材料的選取、驅動電機的選擇，也可根據(jù)扭矩的數(shù)據(jù)分析優(yōu)化武器的結構設計。

7可維修性測試規(guī)范

可維修性[10]是指武器經(jīng)有一定技能人員利用可獲得的資源、在規(guī)定的時間內按規(guī)定的程序和維修保養(yǎng)級別進行維修后，保持或恢復到規(guī)定狀態(tài)的能力。武器的維修分為3個層次：0為初級維修，I為中級維修護，D為高級維修。目前的維修都是按這一標準來執(zhí)行。射擊時的維修是初級維修，車間維修是中級維修，返工屬于高級維修。維修層次的定位應該根據(jù)自身、周圍環(huán)境的條件。劃分維修級別要求：工人技能盡量最低，工具和使用的程序、設備應盡量的簡便。以下的設計要求應納入武器系統(tǒng)的規(guī)范、標準中：

可快速更換身管；主要零部件能快速拆卸和安裝；主要零部件的拆卸和組裝無需特殊的工具或固定夾具，甚至不需要中級維修里的復雜工具；主要零部件在不用標定矯正、調整就能互換、更換。

可維修性可用維修時間的定量指標來度量，如表4 25 mm 航炮維修故障時間和表5 25 mm 航炮技術維修時間。

美軍對航炮的可維修性測試的規(guī)范中規(guī)定了故障維修時間及技術維修時間，使可維修性體現(xiàn)在量化上，更直觀、更易測試評價轉管武器的可維修性。維修時間的限制可再次反饋給轉管武器結構設計，讓轉管武器的結構設計上更加符合人體工程學，貼近戰(zhàn)場要求。

表4　25 mm航炮維修故障時間

表5　25 mm航炮技術維修

8結束語

美軍試驗規(guī)范中的射擊精度、身管壽命及耐久性的定義與我國的有所差別與側重點，是否是更科學、更有實施性和使用性值得學習研究；美軍試驗中擊發(fā)機構測試、身管壽命測試、環(huán)境測試及可維修性測試的數(shù)值規(guī)定，給我們提供了一個數(shù)據(jù)參照及借鑒方法；后坐力測試，扭矩測試的提出值得我們重視、借鑒參考。

本文只對美軍的7.62 mm 6管轉管機槍(M134)的試驗規(guī)范及25 mm 5管航炮(GAU-12)的試驗規(guī)范進行分析研究，文中所講的規(guī)范、數(shù)據(jù)也是僅針對這兩款轉管武器，因此文中的規(guī)范、論述可能有所偏頗或有不足，希望能與同行們共同學習、共同完善。

參考文獻：

[1]杜惠杰.射擊精度測量方案的探索[D].太原：華北工學院，2003.

[2]崔軍，杜建革，穆歌.彈丸初速評定火炮身管壽命研究[J].火炮發(fā)射與控制學報，2003(Z)：134-137.

[3]GJB451A—2005,可靠性維修性保障性術語[S].

[4]張銀龍，申兆祥，卞士川，等.裝備可靠性、耐久性與壽命之間的關系[J].四川兵工學報，2013,34(8)：76-79.

[5]金云鳳.名詞解釋[J].輕兵器，1995(3)：45.

[6]王志明，薄玉成，韓卿，李金新.淺談轉管武器機械擊發(fā)[J].機械工程與自動化，2011(1)：210-214.

[7]呂盛林.高射速自動武器后坐力測試技術方案研究[D].太原：中北大學機電工程學院，2011.

[8]蘇艷.國內外自然環(huán)境試驗標準體系探討[J].中國標準化，2003(3)：27-28.

[9]段國芳，苗巖松.國內外扭矩測試方法綜述[J].1997(4):44-47.

[10]陳璐，蔡建國.可維修性設計及其技術方法研究[J].2002,18(2):13-16.

(責任編輯楊繼森)