中国火炮核心技术往事没外国人指路,院士意

在国内的军事装备研发中,效率上的损失有很重要的因素,是来自于以下两个方面的联合作用,引发劣币淘汰良币。

1、正确的思路、观点和方案得不到支持,被不合理的长期压制。

2、落后、陈旧的观念和思维习惯,牢牢把持了主流话语权;大大提高了先进技术和思维观念引入普及的阻力,甚至形成了难以克服的障碍。

以下从双35高炮引进中,抽取两个例子作为对比说明。第一个例子来自原兵器总公司办公厅主任蔡寅生的回忆录《辉煌岁月——共和国陆军装备研发史话》,第二个例子来自西南兵工局和厂军代室的文章《某型高炮弹药故障引发的思考》。

A、王泽山院士的课题苦求立项而不得

在枪炮的发射过程中,弹头是依靠火药爆燃形成的高压燃气推动出膛的,因此燃气形成的膛压就变成一个至关重要的环节——比如炮弹的初速高低,与膛压高低是正相关的,更高的压力,才能推动弹丸更快的加速。

图:压力带来速度

但是膛压给武器性能提供支撑的同时,也带来了制约:膛压如果太高了,轻则火炮严重烧蚀、寿命骤减;重则当场炸膛,甚至炮毁人亡。

在中国引进瑞士厄利空公司35毫米高炮的过程中,中方代表团在年参观了瑞士威美思火炸药公司,该企业负责为双35生产发射药和火炸药。该公司当时向中国展示了零梯度发射药的技术——无论是盛夏炮弹发射前温度高到50度,还是寒冬炮弹温度只有-40度,发射药燃烧出来的指标基本没有变化。

图:一切发射药引发的炸膛问题,根本原因都是燃速失控继而引发膛压失控

这种技术意味着火炮的设计工作可以大大简化,而且精度、威力显著提升,火炮重量更轻。因为膛压和初速稳定,所以炮弹的飞行轨迹不会因为温度的升降而出现明显偏差,弹道一致性好——这是一切精度性能的根本。也不必为为了夏天的火炮安全,刻意流出一个膛压上的安全冗余范围,而使得在其它季节、尤其是冬季,火炮初速显著降低。

当时以高级领导为首的中方代表团,根本不信有这种神奇的事情。他们坚信从苏联老师傅们那里学来的结论:温度越高,火药燃烧的越快,反之亦然,这是天经地义的铁律。最后瑞士人逼急了,直接把采用新型发射药的坦克炮弹样本都拿了出来。

这次介绍引发了一次出乎预料的后果:国内的王泽山教授等人,提出这个方向的课题很久了,却一直得不到立项。相关领导在瑞士开了眼界长了见识以后,终于相信这世界上存在这么种玩意,恩准立项;由南理工大学和辽宁向东化工负责,并获得了年国家发明奖的一等奖。

图:一种多孔设计的发射药颗粒

实际上零梯度发射药的基本原理和思路是非常简单的,在当时早就不是秘密了。

发射药燃烧的速度,温度的影响其实是小头,决定性的环节在于表面积的大小——反应速率和表面积的关系,在中学化学就教过了。因此现代枪炮的发射药,需要被塑化成各种特殊形状(比如具有孔洞)的颗粒或者条状物等形状,用以控制燃烧速度的变化正好处于快慢合适的状态。

而就像塑料一样,这些被塑化成型的发射药颗粒,它的结实程度,也是随着气温而变化的——通常而言,气温越低,这些颗粒就越脆、强度越低,越容易破碎。这种现象被发现、确认的历史非常久,但很长时间内它都只能带来负面性的问题:

图:发射药燃烧速度的调整,可以通过温度与表面积的协调来实现不同季节、气候下的一致性

很多枪炮,会在冬季(尤其是严寒地带)的时候出现反常性的精度失控(比如一部分炮弹突然飞的过远过偏)、甚至炸膛。这就是脆化的发射药在燃气的高压下过度粉碎、过早过快的燃烧,引发燃速异常升高、膛压不稳定的异常升高的结果。

零梯度发射药的最主流思路,就是对这种机理进行深入的定量分析研究作为基础,把发射药的低温脆化特性改进的恰到好处——温度低了,火药依然会破碎的更快,但由此产生的燃速和膛压升高却非常稳定而且恰到好处,能精确控制到和夏天的时候差不多。

图:5.8机枪弹到死都没解决冬季膛压反常升高的问题,而中国的零梯度火炮发射药很早就出口国外了。

从枪炮的整体发展来看,这种技术的出现,是弹道学基础研究深化、火炸药化工水平提升的必然而直接的结果;也是武器提升使用效能,实现低成本高效率的必然方向,它的原理思路是显而易见、且清晰可行的。

如果说具体做不做得到是个能力问题,但是否能主动规划开展这方面的研究课题,反应的就是相关部门的眼界见识和业务能力水平了。

在完成立项以后,以王泽山教授为代表,南理工和辽宁向东化工厂最终完成了这一技术的突破,并在年获得国家发明奖一等奖,王泽山教授因此当选工程院院士。

但正如笔者之前文章中提到的,国内的枪、炮发射药的水平差距极大,火炮发射药的进步对枪械发射药几乎完全没有起到带动作用;5.8机枪弹直到前两年停产为止,冬季的膛压反常升高问题都没有得到过解决。

B、左派老专家目光如炬,一语揭破资本主义右派的恶毒阴谋

90年代双35在国产化进程中出现了非常愚蠢的低级设计错误,导致曳光弹大比例失效。

曳光弹能够通过发光的尾迹指示炮弹的飞行轨迹,从而让射手有效的修正射击方向、或者向友军指引目标所在方位等等。在35炮弹上,这个功能是通过炮弹底部的曳光管实现的。

图:机炮发射曳光弹对地射击

瑞士原始设计中,炮弹本身是右旋飞行,曳光管与炮弹之间,也用右旋的螺纹连接。而国内继承苏联的弹药设计理论,强调这种螺纹设计一定要反向;这样才能确保炮弹飞行过程中,就像把瓶盖往左拧、瓶体往右拧那样,引信/曳光管等部件与弹体结合的越来越紧密。

图:编号3是35x毫米穿甲高爆曳光弹的剖面,注意弹头底部的曳光管

瑞士的右派设计在国内引发了普遍的茫然不解和争议。最后是一批老专家拍板定音:这是瑞士人给中国人设下的圈套和陷阱,绝对不能钻进去,于是炮弹螺纹改成了左派的左旋设计。由此导致国产化的35曳光弹,年后暴露出由于曳光管脱落导致大量炮弹失效的问题,失效比例达到20%。

实际上瑞士的右派设计道理非常简单:炮弹在空气中飞行,会遭遇非常大的空气阻力;这个阻力不仅让炮弹向前飞行的速度越来越慢,也会让炮弹的自转速度越来越慢。外围的弹体的旋转速度慢下来以后,中间仍然转的快的曳光管就形成了相对弹头往右旋转的趋势——这就会越拧越紧。反之,改成左派设计以后,曳光管自然变得越来越松。

这个问题初期没有暴露的原因在于两个因素。首先是曳光管在上紧以后,螺纹之间本身会形成很大的自锁力;其次是螺纹上要涂有胶粘剂,彻底把螺纹胶死。但是国内的螺纹胶粘剂性能和质量很烂,放置几年以后胶粘剂就会老化、干缩,导致“几乎无任何粘结作用”的后果。

图:严格的紧固要求下,螺纹必须要上胶

在年问题暴露后迟来的对比试验中,专门生产了左右两种螺纹的产品,不使用胶粘剂进行对比测试,各射击50发。瑞士原始设计未出现任何问题,国内左派设计失效6发、占比12%。

一个很简单的螺纹左旋还是右旋的问题,只要很简单的对比测试就能得出准确结论,最后硬是被搞成跨入二十一世纪火炮发展史的奇葩闹剧,只能感慨前三十年的影响何其深远。

结语:

社会和国家的总体健康活力,一定来自于大多数公民在生活和生产中自发的积极性和创造力,这是真正的前沿突破、创新得以实现的原动力,而且是无法被强迫出来的。

这个规律,同样适合军工科研行业,因为人都是一样的人,人性是相通的;只是不同的升学和就业选择,让大家进入了不同的工作领域。

上文所述两类不合理现象所引发的对积极性和创造力的压抑、破坏,在80-90年代起、甚至今天的军事科研相关行业、单位的人才流失现象中,都是非常重要的因素,有时起到的作用常常比物质收入差距导致的心理落差还大。

物质上的薪酬福利待遇有所差距,还可以依靠精神上的成就感和满足感——比如个人价值观的实现来弥补;但如果精神上能获得的也只是挫折和迷茫感,拿什么激发人的积极性,拿什么留人?靠吹厉害了,还是靠卖惨?

候知健

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