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中國在研新型無后坐力炮:仿制瑞典先進型號,碳纖維鈦合金炮管

   2020-05-09 IP屬地 陜西31420
 

中國無后坐力炮在過去三十多年中處于放棄發展的狀態,因此沒有項目、沒有撥款,自然也沒有真正的研究工作展開。

由此導致的結果,就是在技術專著和論文中,涉及無后坐力炮的內容,要么是幾十年前基本原理的簡單復述,要么是摘譯國外的新聞和綜述——比如美國又花多少錢買了瑞典古斯塔夫M4什么的。

但在2019年的上半年連續出現了它的數篇相關公開論文,而且都是顯著具備實際工程背景的類型,多篇論文的內容可以相互交叉印證并指向同一個型號。因此從公開渠道來說,最早在2019年就可以判定,國內非常有可能在研發新無后坐力炮,而且可以基本明確它的結構布局、發射藥類型。

圖:某型無后坐力炮測試

在這些論文中,有兩篇最值得重視。中北大學的論文《輕量化82mm無后坐力炮關鍵技術研究》,基本完整的介紹了項目的關鍵特性。南京理工大學的《某單兵無后坐力炮后噴區域危險性綜合評估》和火炮本身關系不大,但直接涉及火炮操作規范制定,也就是部隊應該怎么用——比如后方多大角度范圍、多遠距離內不能有人。

根據現有資料的總結,國內新型無后坐力炮將采用82毫米口徑——但不排除未來衍生84毫米口徑版本的外銷型號。火炮的整體結構設計思路和性能,對標(說山寨也沒啥問題)古斯塔夫M4;核心技術突破在于鈦合金/碳纖維復合身管,以及變燃速發射藥。

圖:新82無的火炮身管結構,國內未有先例,理論和技術基礎存在大量空白

新82無的炮管采用三層結構,最內層采用Ti-5AL-2.5Sn合金設計——鈦合金的絕對耐熱能力、絕對強度都遠不如鋼材,但是比鋼材要輕很多。為了彌補強度上的問題,它在最外層采用了抗拉強度遠高于鋼材的T300碳纖維對炮管進行纏繞。

碳纖維雖然抗拉的能力超強,但是它不能單獨使用,必須要固定起來。目前最主流的方式就是用樹脂塑料將它粘結固化,即通常所說的碳纖維復合材料。碳纖維本身非常耐熱,但樹脂塑料的耐高溫能力、抗沖擊能力差,因此不能直接包裹鈦合金內管。所以在鈦合金和碳纖維復材中,還需要加入一層起到隔熱和緩沖彈炮發射沖擊的耐熱橡膠。

圖:古斯塔夫M4膛線

這個炮管的技術難點相當多,重點在以下兩個方面:

1:鈦合金內壁拉膛線非常麻煩——加工過程中,刀具磨損極快,極易出現粘刀、燒刀。但這個解決最容易。

2:身管振動特性是槍炮精度最基礎、最重要的影響特性,它決定了炮彈出膛時,炮管指向哪個方向。精度要好,身管的振動幅度就一定要小,而且每次發射時的振動都高度一致。

新82無的內外三層套管設計,中間還夾雜了一層柔性材料,這使得整個炮管的振動特性非常復雜、而且難以進行精確的計算和分析和測量。不僅設計(包括根據實驗結果的反饋修改)難度非常大,而且對量產時的材料、加工、裝配一致性要求也極高。

圖:加大安全系數,必然導致重量增加。此類逆向設計的通病,真實性能明顯低于參照原型。這是“不知其所以然”的必然結果,不以人的立場、自尊心和感情為轉移

根據論文的描述,新82無目前的相關設計應該是基于對古斯塔夫M4的逆向測繪。因此在振動控制上,由于缺乏與瑞典同等級別的復合結構的身管力學分析基礎和試驗數據積累;新82無的精度等性能指標要達到古斯塔夫M4同一水準,并不現實。

圖:古斯塔夫84毫米炮彈剖面,注意彈殼中黃色的發射藥

除了炮管之外,最大的核心問題在于炮彈的發射藥。無后坐力炮要輕、要短、噴口后方危險區域要小;就需要對身管強度、火藥能量實現盡可能高的利用效率。

這意味著發射藥在燃燒過程中,需要實現很強的環境適應性和平臺效應——無論是在嚴寒,還是盛夏,直到炮彈出膛為止,燃氣的平均壓力都要非常穩定,而且高度接近最大壓力的峰值。

特別是無后坐力炮要向后方的外界同時噴出大量燃氣,它的內彈道特性完全不同于常規槍炮,要更為復雜。要實現出色的平臺效應,技術上的絕對難度(對內彈道過程的精密分析計算、對發射藥的性能指標要求)和相對難度(存在大量獨有規律,難以借鑒經驗),都遠高于類似級別的常規火炮。

因此在發射藥的問題上,新82無最大的難點,首先是精確掌握發射藥如何燃燒才能實現身管最薄、最短、精度最好;其次是如何在國內現有的原料和工藝水準下,設計出能滿足對應燃燒特性要求的發射藥。

圖:迫擊炮基本藥管的帶狀發射藥

圖:新82無采用的變燃速帶狀火藥,外層低速燃速,內層高速燃燒

而按照論文披露的進度,目前國內已經完成了結構較為簡單的帶狀變燃速發射藥的可行性研究。在未來可能進一步研究性能更好、但也更復雜的多層圓環狀發射藥。

無后坐力炮的基本原理和結構都極其簡單,只造一個能打出去的玩意沒有任何難度。但正因為它簡單,這也使得它在性能指標達到一定水平后,每一次性能改進——更輕、更短、更準;其設計的改動背后,都需要基礎設計制造技術的大幅提升作為基礎,沒有任何偷雞取巧、彎道超車的余地。

新82無效仿古斯塔夫M4,要突破的這些設計,無不涉及到現代身管武器的前沿技術。從目前國內的基礎能力來看,新82無的研發大概率將會是一個非常艱辛的過程:

試驗中要精度等性能達標絕對不會輕松,而定型之后,如何保證批量生產的產品品質穩定達標,難度比前者只高不低。

輕型無后坐力炮在瑞典發展到技術巔峰,即使是美國也難以望其項背,實際上是必然的結果。瑞典在力學、材料等領域的良好底蘊,為火炮的開發提供了良好的基礎;而古斯塔夫這個系列的無后坐力炮,從40年代面世改進到今天,他們不斷優化改進了超過70年。

很多人提及卡爾古斯塔夫M4,就是一句簡單的人家有錢、舍得下本用鈦合金和碳纖維。這種潛臺詞是“只要我有錢了,舍得下本,照樣也能如何如何”的土包子暴發戶想法,極其愚蠢。

國內有太多的武器裝備開發,由于不注重前期的基礎研究和預研,初始設計的隱藏問題非常多;到進入試驗時問題不斷,不得不花費更多的時間和金錢去做更多的試驗和設計修改;即便如此,性能指標妥協、帶病服役依然是非常常見的現象。

最后是錢并沒有少花,東西在國內和國外的真實口碑不好,國外市場上賣不起價、賺不到錢;設計人員投入的大量精力,都變成了針對特定型號的工程措施。措施有效,機理不明的結果,就是人力財力物力轉化成基礎技術和理論進步的比例非常低,對未來的新型號發展的有效積淀很少。

圖:古斯塔夫的M1型在40年代末批產

而相反,瑞典古斯塔夫系列70多年的持續研發過程中,基礎理論和技術的投入,不僅用于本身的改進;大多數(比如動態力學的精密定量分析)同時也能為瑞典其它軍、民用的高性能產品研發,提供良好的基礎。

出色的設計制造水平,奠定了該系列火炮在同時代中的出色性能和口碑,贏得了大量的中高端客戶。這又使得古斯塔夫敢于應用高昂價格的材料工藝,換取更好的性能,并賺取更高的利潤。而這些利潤,又能再度分流到基礎理論和技術的研究過程中,形成正反饋的良性循環。

圖:沒有上面的過程,就沒有下面的結果

裝備只是果實,裝備背后的研發流程、制度設計、思維觀念才是果樹。中國這些年來的裝備發展史中,只愿意摘別人的優秀果實,不愿移植別人優秀果樹的心態,至今屢見不鮮。

國內裝備發展要打破國外市場的偏見,拓展利潤最高的國際中高端市場,完成口碑和定位的轉型,彎道超車的投機心態必須要扭轉,否則永遠只能跟隨在別人身后一次又一次的走彎路。

 
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