中国火炮比欧洲产品成本更高、可靠性更低:技术落后只会更加昂贵
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近期在整理公号留言的时候,看到了不少读者朋友对笔者一些文章的追加疑问;由于系统存在只允许放出100条留言的数量限制,因此这些较晚的留言是没有能出现的,笔者在此表示歉意。
在此重申,笔者信奉、并在力所能及的范围内践行言论自由的价值观,如无特殊情况,大家对文章的留言都会放出,以先来后到为准。
今天的文章,是解答一些朋友关于双35高炮文章的疑问:即笔者之前谈引进技术产品的国产化过程时,提出过的“增加设计”到底是什么意思;为什么一方面要坚持尊重原始设计,另一方面又要增加设计,岂不是自我矛盾?
在之前文章中,双35底火在国产化的改进过程中,它增加的对火台的额外固定措施,就是典型的增加设计。
图:博克瑟火帽,中间的三叉状物体即三爪火台,三爪之间的空隙用于传火。国产35底火早发火的原因,就是三爪火台在冲击下,向下运动挤压击发药
在定装(有弹壳)的枪炮弹中,最为主流的两种火帽设计分别是博克瑟火帽(boxer primer)和博丹火帽(berdan primer)。它们的核心区别,在于采用什么样的火台结构,来和枪炮的击针实现“内外夹击”;从而猛烈的挤压击发药,诱发它的爆燃。在大多数枪弹中,有个火帽做底火就足够可靠、及时、高效的引燃弹壳内的全部发射药。
图:击针和火台里应外合,挤爆击发药
但是在较大体积的炮弹中,由于击发药对机械撞击和温度非常敏感,为了安全起见不能把火帽做太大;因此往往会采取逐级放大的措施,在底火中再设计一部传火药;形成“击发药燃烧——传火药燃烧——发射药燃烧”的工作程序。在大量炸药需要引爆时,也会有类似的扩爆设计。
图:左为双35炮弹底火的火帽,右为完整底火。NC药是指Nitrocellulose为主要成分的火药,即硝酸纤维素——也就是常说的硝化棉,此处NC药起传火作用
瑞士35炮弹采用了博克瑟火帽,它的火台是独立的三瓣金属结构,只要简单的冲压工艺就能制造出来。这样它的底火体在加工的时候,只需要在底部钻一个孔,然击发药的燃气能顺着这个孔去点燃传火药就行了。
博克瑟有个问题,就是对三爪火台的固定程度不是很高。如果炮弹遭受从后向前的特别猛烈的撞击,三爪火台受惯性的作用,很可能往后移动、挤压击发药,从而导致火炮早发火。双35火炮在关闩的时候,冲击特别猛烈,正好符合这一情况。
图:35炮弹的AHEAD弹药,注意末端的底火体
但对瑞士来讲,他们由于研究工作做的扎实,各种试验严密,生产制造上的一致性保持的非常好——最终产品中,某个火台特别松,某份药剂特别敏感的几率,可以低到直接忽略。
因此他们只采取了非常简单的过盈配合设计就解决了问题——通过火帽从四周挤压火台形成的摩擦力,限制火台后移的概率和幅度,就足够确保安全了。
总体上讲,在35毫米炮弹上,瑞士的这个底火设计是结构最简单、机械加工成本最低的方案。但设计简单的底气,是瑞士有着优越的科研和工业基础,有能力保证各种条件下的使用过程中,底火都不会遭遇超出安全极限的状况。
图:各种药剂的一致性、稳定性问题,一直是国产武器装备的重大弱点缺陷
这一先决前提,在国内的仿制过程中被打破了。由于价格没谈拢,国内没有引进瑞士的底火技术,而是自行仿制;这就出现了大量原设计不会遭遇的问题,比如最核心的——击发药的一致性和长期储存稳定性差,这是国内火炸药的老大难问题,至今未能根除。
后续的国产改进,因此也始终终围绕着两点展开:限制火台移动,降低击发药敏感度。
图:枪弹上的博丹底火,注意中间突起的固定火台,以及两侧的传火孔
限制火台移动的最彻底办法,无疑就是采用固定式火台——比如博丹式结构。但要在35炮弹的原底火设计上这么做,加工步骤就繁琐得多、难度高得多,废品率也随之飙升。所以在简单的试验后,这个措施就被国内放弃了。
国内的后续改动,除了在原设计上细微的调整尺寸外,增加了两条设计。一个是给火帽内部增加了限位台阶,对火台的向下运动设置路障;再一个,加涂酒精虫胶漆。
而针对击发药本身,国内也也调整了成分比例,在允许的范围内,尽可能的降低了四氮烯的含量。
调整击发药成分、在原设计基础上细微调节尺寸,这些措施的生产成本变化不太好判断。但火帽内的限位台阶、胶漆,都是后来新增加的额外设计,它们是一定要提高生产成本的。
图:迟发火炸裂的35炮弹弹壳
由于缺乏能力真正的除去病根——火炸药的一致性、稳定性,这个底火改进是有副作用的,并在几年后又出现了晚发火的故障,迫使国内在火炮上也被迫增加了设计。
在2013年的公开论文《某自动机炸壳故障》中,提到了某次射击中出现的事故:三发炮弹在炮膛外炸裂,火炮部分机构损伤。这起事故的原因,依然和双35的原始设计有关。
火炮在发射的时候,需要炮闩等闭锁机构,把炮膛锁死,形成一个极其牢固的刚性结构;这样才能安全、可靠的承受住火炮发射的剧烈冲击。在弹丸发射出去、膛压下降以后,它又要及时解锁、打开,才能退出弹壳、装填下一发炮弹。
双35上的开闩设计,是由闩座的后退来触发的。当它后移超过20毫米后(耗时大概5-11毫秒),火炮开始解除炮膛的锁定状态,并且开始把弹壳抽出炮膛外。
图:双35火炮的自动机闭锁机构组成,红圈内为闩座
在炮弹正常发射的情况下,巨大的炮膛压力会牢固的楔死闩座,使它无法移动;直到弹丸飞越过导气孔后,燃气才会进入气室、推动输弹活塞、撞击输弹滑筒、再带动闩座后退。
等火炮开始解锁的时候,炮膛内的压力已经降低到安全范围以内。但如果遇上哑弹的话,由于没有压力楔主闩座,它就会自由反跳25.5-40.3毫米左右。一旦超出20毫米以外,此时的火炮就不再处于闭锁状态了。
国内遭遇的事故,正是极少数迟发火弹药所导致的——它们从击针撞击到发火,延时达到9-10毫秒甚至更长;等到炮弹发火的时候,火炮已经开始解锁——巨大的膛压失去闭锁结构的支撑,结果就是炸毁弹壳、炸伤火炮。
这一事故的真正根源,是少数炮弹点火延时偏长。但解决起来有两个问题实际上无法解决,或者缓不济急:
1、已生产的炮弹,无法甄别其中是否还有类似的迟发火弹——特别是不能确定再经过一定年限的储存后,是否会出现新的迟发火弹。
2、药剂的一致性、稳定性,相关的改善工作根本不是短期内可以完成的,特别是长储试验极其耗时。国内欠债太多,就算全力弥补,也是要以5年、10年为单位的。
图:国产装备经常要解决国外原设计不存在的问题
既然不能解决弹的问题,脑筋就只能动到火炮上面。国内因此给双35火炮额外设计、加装了一套防反跳的装置;把闩座的自由反跳行程始终控制在20毫米以内。
这也是一个非常典型的增加设计的案例。毫无疑问,这会增大火炮的重量、提高火炮的成本、降低火炮的可靠性、使火炮的维护变得更复杂。
很显然,如果除去人工、福利、环保之类的成本因素;用相同的(且足以满足要求)的人员、原材料和设备来进行生产,国产双35火炮和瑞士原产相比,前者的生产成本一定更高,产能一定更低。
结语:
不止于军事装备研发制造,国内很多人都有一些认识上的巨大误区:
其一:中国造什么都便宜,只要一仿制就白菜化。国内的总体成本优势,往往源自于廉价的人力、环保成本;真正在制造过程中的消耗,国内是要高于发达国家的。
由于后发国家在高端产品、先进技术生产上是后来者,生产同样的产品,良品率、效率往往低于先发者。比如中国现在生产计算机芯片,同样高性能的产品,成本一定高于英特尔。历史上这是屡见不鲜的例子,比如英德造舰竞赛时,同样性能的产品,德舰造价都高于英舰。
图:枭龙用廉价的材料和工艺,同时实现了较轻的结构重量与长寿命,背后是一系列先进设计技术的支撑。
其二:技术先进就昂贵,技术落后更便宜。从纯粹的设计、制造成本来讲,只有更先进的技术,才能在相同的性能要求下,带来更低的成本。为什么瑞士双35的炮弹底火、火炮闭锁结构都比国内更简单?因为瑞士技术更先进,根本不需要花费额外的成本去预防国内可能出现的事故。
其三:科研和工业基础落后,可以通过所谓系统工程来弥补甚至反超。除非先进国家在总体论证上就走错了路子,否则落后国家的系统工程弥补法,必然是花费高昂的额外代价,挖东墙补西墙,牺牲大量性能死保证少数指标上的抗衡。
这种做法一时应急尚可,长此以往就是饮鸩止渴,苏联就是前车之鉴。只有把整个科研和工业基础,良好的融入国民经济发展,形成互生的良性循环,才能最终从根本上解决问题。
随着近年来人口红利的不断消退、环保成本的不断增大,很多人都感到了成本的显著上升。如果再不抓紧补课、夯实基础,真正把技术水平和生产效率提升上来,中国的总体成本优势是不能继续维持下去的,而这是改开30年来中国最大的国际竞争力。
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