超高射频武器系统基本结构设计方案构思

超高射频武器系统基本结构设计方案构思
【摘要】基于对“金属风暴”武器发射系统及其超高射频武器技术的基本原理的学习和研究，构思了超高射频系统基本结构的两套初步设计方案。

【关键词】超高射频武器系统；基本结构设计；学习和研究
现代火炮技术研究的重点技术之一就是要提高火炮系统的射频。

将高新技术应用于武器系统的研发，提高武器战术技术性能，是武器发展的必然趋势。

本文将在相关原理和技术的研究基础上，给出超高射频武器系统基本结构的两套设计方案。

1 引言
早在20世纪末，在澳大利亚亮相的金属风暴武器发射系统以其超高射频被堪称是一种革命性发射技术。

超高射频武器的出现，突破了传统武器结构的概念，实现了迟滞已久的从传统结构向新概念结构的转变。

超高射频武器的典型代表“金属风暴”武器系统，仍使用常规发射药，但其结构和原理则与传统的机械式武器系统有着本质的区别，单就发射本身而言，它既没有活动的零部件，无供弹和抛壳机构，也无开、闭锁装置，其主要机械部件仅是一个能够容纳多发弹丸及装药的身管。

这种新型速射武器实现了超高频发射、变射速发射、齐射发射，同时实现了从传统的“机械式”发射到“电子式”发射，变频发射范围广。

受传统发射方式的限制，常规武器的单管最高射速一般难以突破2000 r/min。

而超高射频武器，以其独特的电子弹道发射技术，在单个枪管内串联放置多个弹头，通过电子脉冲点火连续不断地将弹丸从枪管内“推”出，实现了单管60000 r/min的超高射速，军事实用性强，受到了国内外武器专家和研究者的高度关注。

2 基本结构设计
2.1 超高射频武器系统的基本原理
超高射频武器系统身管中的每节发射药都对应设置有电子脉冲点火节点，电子控制装置用来控制各枪管的发射顺序及同一身管中各发射药的点火间隔时间。

发射时，通过处理器控制设置在身管中的电子脉冲点火节点，可靠地点燃排列在武器身管中最前面一发弹丸的发射药，发射药瞬间燃烧产生的强大的火药燃气压力推动前面的弹丸沿身管加速运动并飞出膛口。

后面的一发弹丸头部在第一发弹丸发射药燃烧气体的高温作用下产生一定的膨胀，与内壁形成一定程度的挤压，同时，通过设置密封装置，有效防止燃气后泄进而引燃后发弹发射药，造成失控发射；通过设置定位装置，确保每发弹丸在身管中的精确定位。

当点火控制装置发出指令，点燃下一发弹的发射药后，第二发弹丸才会被发射出去，其它弹丸则继续保持被锁定状态。

依此程序，每发弹丸顺序从身管中发射出去。

该系统结构简单，可以多管并联使用，适用于支援和保护作战部队，以及大型舰船、重要设施、重点区域的防空、反导武器系统，作为面压制及拒止武器使用将更能发挥和体现出其超凡的优越性。

对于该系统的结构设计，特别是较为详细的设计，难以从一般的资料中查到。

金属风暴公司发明专利中列出了一些基本的结构设计，包括纵向排列于枪管组件中的定向弹头及装药设计，用于预定区域防御的可装多个射弹的一管或多管炮的设计等。

国内学者对于超高射频武器结构的设计大多为贯序装药方式，设计了侧装药金属风暴武器系统及发射装置，各发弹的药室位于身管的侧面；还有些学者基于串联预装填发射原理，设计了具有四条支撑腿的超高射频武器系统的弹丸结
构、装药结构等，并对其结构合理性进行了实验验证。

2.2 基本结构设计方案
根据本人对“金属风暴”武器发射系统的一些认识和研究，结合超高射频武器系统的基本工作原理和特点，本人初步设计了两种结构方案。

方案一：
该方案中的武器发射系统由身管、一组在身管内轴向排列的射弹及发射药组成。

弹丸与弹丸之间由装药隔开。

每发弹丸弹头部与尾部之间的弹体上套有密封装置，用来与套筒内壁凹进部形成工作密封。

方案一系统模型结构示意图（如图1所示）。

图1 方案一系统模型结构示意图
系统中的点火引发装置末端设有一固定在弹簧上的触点，此触点可以随弹簧缩回，当装药装填至触点位置时，触点随弹簧缩回，使得装药能够顺利装填到相应位置，同时点火触点在弹簧作用下紧贴装药。

这样，保证了外部电点火控制装置的可靠工作。

密封装置是一个比身管和弹丸部分材料更易变形的环套，密封环套捏合后环绕于弹体周边。

在发射时，高温高压火药燃气在推进前一发弹丸向前运动的同时，也作用于后一发弹丸，使之向后运动或有向后运动的趋势。

此时，高温下后发弹丸头部会受热膨胀，与管内壁紧贴，膨胀的弹丸前部可起到一定的密封和固定弹丸位置的作用。

同时，由于弹丸（其结构前端直径大于后端）向后运动（或有运动的趋势），将套于其弹体上的密封环套“撑”开，并有向后运动的趋势，密封环套就会牢牢紧贴于套筒内壁凹进部分，实现了对高温高压燃气的隔绝和密封，同时限制了弹丸的向后运动，保证了弹丸位置固定。

此方案中由于套筒和密封环套的特殊性，套筒设计为沿轴向剖开的两个“半圆筒”（如图2所示）。

图2 最后一发弹在膛中的位置
装填时将弹丸和装药依次嵌入一半套筒内，然后将另一半套筒盖上，最后将排列好弹药的整个套筒由后往前插入身管，完成弹药装填。

最后一发弹丸后面不再装填发射药，其底部刚好与外部固定装置相接触，起到定位作用。

方案二：
图3 方案二系统模型结构示意图
超高射频武器系统弹丸的设计应满足以下基本要求：弹丸与弹丸之间、弹丸与身管之间能够紧密配合；弹丸与弹丸之间，应留有足够的药室空间；密封性能良好，保证前面一发弹丸药室的高温高压火药气体不泄漏或是传递到后一发弹丸的药室，引起自燃；弹丸尾部定位装置有足够的强度，确保在高膛压重复冲击作用下保持不变形，进而保证弹丸位置固定；弹头表面有一定弧度，以减小弹的飞行阻力，提高弹丸飞行质量。

根据上述要求，设计了系统模型结构的第二套方案，系统示意图（如图3所示）。

图4 假弹及其身管底部示意图
此方案简化了弹丸结构，弹丸尾部为支撑腿，每发弹丸的前端弧形弹头正好顶在前面一发弹丸尾部，发射药为圆环形，套在弹丸的圆柱形尾翼上。

根据初速和膛压的要求，设计适当的支撑腿尺寸，在保证足够的药室空间的同时要保证弹腿有足够的强度。

发射时，随着火药的点燃，产生的高温高压火药燃气压力推动前面的弹丸向膛口方向运动，同时反作用力传递给后一发弹的支撑腿，每发射一发弹，还留在膛内的弹丸就经历一次冲击，越靠后的弹丸，其支撑腿受到冲击的
次数越多，如果在这种力的反复冲击作用下，支撑腿变形，那么弹丸就会改变在弹筒中的位置，导致火药与点火装置错位，产生不发火现象，进而影响整个系统的发射可靠性。

密封装置为两道嵌入弹丸头部的圆环，材料与方案一密封材料相同，在装填时与身管内壁形成过盈配合，设置两道密封是为了更好地保证对前发弹发射药高温气体的隔绝，同时有利于弹丸在膛内定位。

此方案中弹药的装填方向为由前向后依次装填。

在身管的尾部设计有一与弹头弧形部形状一致的“假弹”，其作用是支撑定位及保证药室空间的一致性。

3 结语
本人基于对“金属风暴”武器发射系统及超高射频武器技术的学习和研究，构思了超高射频系统基本结构的两套初步设计方案。

方案一中系统的弹丸间由装药隔开，每发弹丸弹头尾间的弹体上套有密封装置，套筒设计为沿轴向剖开的两个“半圆筒”，起到良好的定位作用；方案二中简化了弹丸结构，弹丸尾部为支撑腿，每发弹丸前端弧形弹头正好顶在前发弹丸尾部，发射药为圆环形，套在弹丸的圆柱形尾翼上，在身管的尾部设计有一与弹头弧形部形状一致的“假弹”，其作用是支撑定位及保证药室空间的一致性。

以上两种方案还只是笔者的初步构思，还需在后期作进一步地细致深入地研究。

【参考文献】
[1]杨毓平.超高射频武器系统结构设计及数值计算[D].南京：南京理工大学，2010.
[2]季新源，袁亚雄，张小兵，等.超高射频武器系统的设计与分析[J].兵工学报，2007，（28）8：1022-1024.。