35mm冲压推进弹丸气动及结构设计(2)
1.2 固体燃料冲压推进增程弹丸原理
冲压推进弹丸的原理就是：当弹丸发射出去之后，会从炮膛内的炸药爆炸中获得比较高的初速度，高速飞行过程中，弹丸来流方向的高速气流由弹丸头部进气道进入到弹丸内部（即冲压发动机的燃烧室），进入燃烧室的空气中的氧气会与发动机的装药发生充分反应，形成高温高压的燃气流，燃气流经过弹丸尾部的拉瓦尔喷管加速，向弹丸后方高速喷出，形成非常高的后喷动量，从而可以抵消弹丸高速飞行中的阻力，以此来达到增加射程的目的[1]。
1.3 固体燃料冲压推进增程弹丸结构组成
冲压推进增程弹丸主要分为以下几个组成部分，包括进气道、（战斗部）、燃烧室、固体燃料、喷管以及壳体等[2] [图1.1]。通过了解这些部件，研究这些示例图片，可帮助参考设计冲压增程弹丸。
图1.1 冲压推进增程弹丸结构大概图
1.4 固体燃料冲压推进增程弹丸的研究进展
冲压推进弹丸具有增程率高、比冲高、安全性高和成本低等优点，因此近些年各国争相花费大量人力财力研究这项技术。尤以瑞典、美国、荷兰、韩国、南非等国取得的进展较为突出。
文献[3]对国内外近期的冲压推进弹丸的发展做了详细的叙述。70年代末，美国陆军弹道实验室就展开了冲压推进弹丸的研究工作，其起初研究的是75mm冲压推进旋转稳定弹方面的内容，然后就开展了有关203mm冲压推进尾翼稳定弹的研究。75mm弹（图1.2）采用的是皮托型进气道，其冲压发动机内没有设计点火装置，燃料的点燃是通过进入到燃烧室的气流所产生的高速进气冲压产生的高温来实现的。82年首次进行了发射试验，仪器测得弹丸出膛初速为4.3马赫，最终射程达到了12km，而且弹丸成功实现了自行点火并且弹丸的飞行比较稳定。203mm弹（图1.3）采用的是中心体进气道，弹丸装备的进气流量控制装置是按照推力等于阻力的伪真空弹道(推力大小等于阻力)来设计的，试验得到的射程达到了60km。目前，美国正在进行研发的还有两种规格的冲压推进弹丸，包括127mm和155mm口径,其射程能够分别达到80和70千米。
图1.2 75mm冲压推进旋转稳定弹 图1.3 203mm冲压推进尾翼稳定弹
80年代后期，瑞典国防研究院开始研发40mm冲压推进旋转稳定弹（图1.4）。该弹飞行马赫数达到4.3，固体燃料燃烧时间为2-3秒。弹丸利用准真空弹道模型（即理想状态下弹丸阻力等于推力），提出了冲压推进增程弹丸的简易设计方案。荷兰应用科学研究院也进行了固体燃料冲压发动机在动能弹上的应用，并且成功开发了一种较为实用的冲压推进弹丸飞行性能计算机预测程序（RP5）。95年以来，瑞典荷兰两国开始联合开发155mm冲压推进增加榴弹[4][1.5]。该项研究项目突破了燃烧室、喷管性能、空气动力学、炮弹性能评估、火炮系统和机械设计等关键技术，并于2001年初成功进行了该弹型的飞行试验，试验距离为3km，冲压发动机工作时间超过了4秒，弹丸飞行马赫数达到了4。2000-2004年，荷兰与瑞典就中口径冲压推进旋转增程弹丸进行了再次合作，并于2004年5月进行了飞行试验。飞行试验中有11发弹丸在飞行前50米成功点火，从而证明了马赫数为4的情况下，固体燃料冲压发动机推力能够克服弹丸阻力，从而将弹丸飞行速度文持在出膛速度（1400m/s），这在世界领域内都尚属首次。