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  東五彈頭是我國第一種洲際導彈彈頭,與之前的型號相比,在再入防熱、姿控、突防和核戰斗部性能上都有新的突破。其一,彈頭再入大氣層時速度大,防熱設計十分復雜;其二,為了對抗敵區反導系統,要設計涉及許多新概念的突防系統;其三,為了按程序釋放多個誘餌,以及為了提高再入落點的精度,要變無控彈頭為具有姿態控制系統和慢旋系統的有控彈頭。  

  洲際彈頭研制首先要解決的是防熱問題。1969年和1971年,東三和東四飛行試驗中曾兩次出現彈頭防熱問題解決不好導致試驗失敗。相比之下,洲際導彈的彈頭系統的工作條件要嚴酷得多。洲際導彈彈頭再入大氣層時馬赫數高達20-25,空氣強烈壓縮引起壓力急劇上升,同時一部分動能轉化為熱能,溫度也隨之劇升。美蘇在60年代設計第二代洲際導彈(如Titan II和R-36)彈頭時為了解決氣動加熱問題,采用了大鈍頭錐形彈頭,這種外形再入時形成的弓形激波可以帶走較多的熱流,但減速較快,不利于突防和提高落點精度。 

  美國Titan II洲際導彈采用的大鈍頭錐形彈頭Mk6, 重3.7噸,長3.1米,爆炸當量9 Mt  

  東五彈頭外形采用了小鈍頭錐外形,這種外形的彈頭再入時減速較慢,有利于突防和提高落點精度,但氣動加熱較嚴重。東五彈頭再入時,端頭駐點壓力達10MPa,駐點附近的滯止溫度高達 8000-10000℃,彈頭錐體表面溫度3000-3500℃左右。這樣嚴重的再入氣動加熱環境直接威脅著彈頭的安全。防熱材料的作用不僅要保證彈頭在再入環境中免遭燒毀,而且在結構外形上應保持原設計的氣動外形,保證彈頭落點精度;對結構內部的裝置應保持給定的溫度范圍,不致因熱量傳入過多而影響到有效載荷。彈頭防熱技術若不能突破,洲際導彈就無法研制成功。

  彈頭氣動防熱需要解決四個方面的問題:一,熱環境預測,突出的是端頭和窗口等局部嚴重加熱部位的熱環境和熱增量預測;二,材料與結構設計,重點是嚴重加熱部位,如端頭高性能防熱材料的研制、應用以及合理的材料匹配設計和熱脆性材料熱應力破壞問題等;三,防熱設計效果預測和地面考核與評估試驗;四,燒蝕外形變化對氣動力特性,特別是飛行穩定性影響的預測與評估。

  武器專用防護油(俗稱“槍油”)是武器裝備的重要擦拭和防護材料,對保持武器裝備良好的技術狀態和防止銹蝕、降低磨損、延長壽命等具有不可替代的重要作用。世界各國軍方歷來都十分重視武器專用防護油的研究與開發。最典型的就是越戰后,美軍針對傳統潤滑油型防銹油功能單一、性能不理想的問題,于1971年提出了一項名稱為“PD-48”的采購計劃,對產品性能提出了如下要求:(1)武器射擊完畢后,能有效去除火藥殘渣、積炭和其他污染物;(2)能在高溫、低溫、雨淋等各種苛刻條件下,對武器系統提供可靠的潤滑性,且不能發粘,不吸附灰塵;(3)能在高溫、高濕、高鹽霧、嚴寒或海水浸泡等各種氣候和使用條件下,對武器系統提供良好的防護性。由此,引出了武器專用防護油由單一防護功能向清潔、潤滑、防護多功能的轉變。在經歷近3年時間實驗室研制及從M16步槍到火炮、裝甲車輛等各種武器系統的試驗和實戰檢驗之后,美軍方對BREAK-FREE公司研制的武器清潔潤滑防護三用油(CLP)給予了高度評價,并依據該產品于1979年制訂了軍用標準MIL-L-63460,在其中明確規定:CLP可替代武器裝備上原用的MIL-C-372 炮膛清潔劑(RBC)、VV-L-800 通用低溫水置換型防銹潤滑油(PL-S)、MIL-L-46000 半流體潤滑劑(LSA)、MIL-L-14107 武器用低溫潤滑油(LAW)和MIL-L-3150 中質防銹潤滑油(RBC)等產品。目前,CLP(北約產品代號:S-758)已在美國、澳大利亞、芬蘭、加拿大、比利時等20多個國家得到廣泛應用,其產品標準也已發展到MIL-L-63460D。

  我軍于20世紀80年代后期,開展了武器清潔潤滑防護油的跟蹤和研究工作,并參照MIL-L-63460D(1988)制定了武器清潔潤滑防護三用油規范(GJB 2378-95)。但限于當時的技術水平,國內有關單位研制的樣品在實際使用中仍存在一定問題,所以至今未能在部隊推廣應用。

  1 研制技術指標

  為提高武器裝備的維護保養質量,筆者從2001年起對多功能武器專用防護油進行了專題攻關研究。產品的研制技術指標采用我軍的武器清潔潤滑防護三用油規范(GJB 2378-95),其與MIL-L-63460D(1988)[JP2]標準的主要差異是:根據國情,減少了推進劑反應產物防腐性、殘余物的低溫流動性和化學試劑檢驗試紙干擾性檢測項目。具體內容見表1。

  2 研制過程

   2.1 篩選基礎油

   基礎油是防銹油的基本組成部分,對產品理化性能有決定性作用。根據武器清潔潤滑防護三用油的戰術技術指標要求和預定用途,其基礎油應具有優良的高低溫性能、較大密度和與相關有機溶劑有良好的相溶性等特點,以滿足武器系統在-45 ℃以上各種環境條件下的正常射擊、油品中固體潤滑劑的分散懸浮和油品清潔、潤滑、防護三項功能的正常發揮。為此,課題組采集、分析了國內6家煉廠生產的8種礦物基礎油和合成油,經大量篩選試驗,確定了以質量分數90%環烷基礦物基礎油和10%合成油為基本組分的復配基礎油。部分基礎油篩選試驗結果如表2。

   2.2 篩選防銹劑

   防銹油中的油溶性緩蝕劑是由極性和非極性基團兩部分組成的油溶性表面活性物質,通過在油-氣界面和油-金屬界面的定向吸附,減緩水、氧等腐蝕性介質向金屬表面的侵入,從而起到緩蝕作用。目前國內外研究的油溶性緩蝕劑有數百種,但綜合考慮其性能、制造工藝、成本、原料來源等各方面的因素,國內經常使用的只有一二十種。本研究在對各油溶性緩蝕劑配伍性能大量研究的基礎上,確定了由磺酸鹽、羧酸鹽和酯類防銹劑及少量表面活性劑組成的,具有“超加合效應”的新型復合防銹劑體系,其在45號變壓器油中以質量分數10%加入,濕熱試驗可達到1000 h以上,鹽霧試驗可達到60 h以上。

   2.3 研制潤滑劑

   為了增加潤滑油的潤滑承載能力,增強潤滑油的時效性、高溫性、寬溫使用性和惡劣條件下的使用性能,通常在潤滑油中加入一定量的固體潤滑劑。目前,在潤滑油中使用最多的固體潤滑劑有石墨、二硫化鉬、氮化硼和聚四氟乙烯。由于PTFE(聚四氟乙烯)是迄今為止發現的摩擦系數最小的一種有機固體潤滑材料,且耐溫、無毒,同時較無機固體潤滑劑易于在油中分散懸浮,因而選擇PTFE作為通用裝備防護油的固體潤滑材料。但國內目前對于PTFE細粉的加工,多采用機械切割和研磨的方法,缺點是粒徑大(5~30 mm),形狀不規則,且含有金屬粉沫等機械雜質,很難滿足在潤滑油中的使用要求。而PTFE水乳液,由于含水量在60%以上,加入油中后會影響油品其他性能,也極不穩定,無法使用。為此,本研究采用γ射線輻照、氣流粉碎等先進加工技術,并通過分子表面改性,制備了粒徑在200~400 nm,在油品中分散性能良好的PTFE潤滑劑。

   2.4 研制火藥殘渣清洗劑

   火炮射擊結束后,炮膛內會留下一層粘附力極強的火藥殘渣,如不及時清除,會嚴重腐蝕炮膛,縮短炮管的使用壽命。目前常用的方法是用大量肥皂水、堿性液等反復清洗擦拭,除積炭效果較差,且使用上受到很多條件限制。本研究依據“溶解度參數相近原則”,在大量試驗驗證基礎上研制成功了由醚類、醇類、酯類物質和多種表面活性劑組成的JT火藥殘渣清洗劑。試驗結果表明,該劑滲透力強,對清除炮膛內的火藥殘渣和粘附在武器裝備上的其他污染物有良好效果。其在油品中加入8%~15%(質量分數)時,火藥殘渣的去除率就能達到98%以上。該劑的配方和制備技術已獲國家發明專利(ZL 03143226.3)。

   2.5 確定配方

   在上述工作基礎上,結合防護油組方基本原則,確定了武器清潔潤滑防護三用油的配方。組成(以質量分數計)大致如下:基礎油68.3%、粘度指數改進劑4%、復合防銹劑9%、抗氧劑1%、分散劑2%、JT清洗劑10%、PTFE潤滑劑5.5%、表面活性劑0.2%。

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