再生式液体炮内弹道特性的数值预测(2)
炮膛断面积
贮液室初始容积
燃烧室起始容积
液体燃料质量
燃速系数
液滴初始半径
火药力
弹丸次要功系数
弹丸质量
活塞次要功系数
活塞质量
余容
绝热指数
体积模量
体积模量系数
燃速指数
1 绪论
1.1 课题背景与意义
近年来，随着高新技术的迅猛发展和应用，使得现代战争的作战方式发生了相当大的变化。为了顺应国际形势的发展和作战方式的变化，为了在现代战争中掌握更多的主动权，提高火炮的综合性能受到了国内外的重视。
现在的固体发射药火炮（SPG）由于其本身的一些特性，使得人们在进一步提高火炮的射速，射程，机动性，战场生存能力和后勤支援能力等综合性能时遇到了相当大的阻碍。因此，人们在不断的探索、寻找新的发射能源、新的发射方式、新的结构来摆脱现在所面临的困境。目前各国所研究的新概念火炮主要有液体发射药火炮（LPG）、电磁炮（EMG）、电热炮（ETG）、激光炮、冲压发射炮、金属风暴（MSWS）、膨胀波火炮（RAVEN）等。尽管现在新概念火炮的研究十分活跃，但是到目前为止，新概念火炮仍处于创意、探索、研究和演示验证阶段，距离工程运用还有一段距离 。
液体发射药火炮是一种利用液体燃料为能源的新概念化学发射系统，利用液体发射药燃烧所产生的高温高压燃气对弹丸膨胀做功，推动弹丸运动获得一定的初速度。液体发射药火炮之所以能从众多的新概念武器中脱颖而出是因为，一方面它与现有的固体发射药火炮技术有一定的兼容性，液体发射药火炮的一些技术可以利用比较成熟的固体发射药火炮技术，另一方面，它与固体发射药火炮又有一定的区别。
第二次世界大战后，国外就对液体发射药火炮开始了间歇性的研究，并相继发展了整装式（BLPG）、外驱动喷注式和再生式（RLPG）液体发射药火炮，结构如图1.1、图1.2所示。
1—底火；2—液体燃料；3—弹丸
图1.1 整装式液体发射药
1—贮液室；2—活塞；3—燃烧室；4—弹丸
图1.2 再生式液体发射药火炮结构图
早期液体发射药火炮研究的重点是整装式液体发射药火炮，它是结构相对比较简单的液体发射药火炮，与固体发射药火炮有相当多的继承性。整装式液体发射药火炮的内弹道过程是，在膛底点燃药室内的液体燃料，液体燃料局部被点燃后生成的燃气形成了气穴，燃烧即在气穴内的气液交界面上进行。在气液交界面上的燃气存在相对运动，导致Kelvin-Helmholtz不稳定性，这种扰动使界面上气液两相混合导致液体发生破碎。液体燃料的破碎提供了更多的燃烧表面，使燃烧加快进行，气穴最终将穿透液柱而追上弹丸。整装式液体发射药火炮的内弹道过程就是利用流体的不稳定性，造成气液两相流混合使之充分燃烧的过程。整装式液体发射药火炮的装药结构简单，类似于固体发射药火炮的装填方式。但是其内弹道过程随机性很大，以至于内弹道性能不稳定并且导致炸膛事故。
目前液体发射药火炮的研究重点已经转向了再生式液体发射药火炮，再生式液体发射药火炮通过机械方式将在储存在贮液室中的液体燃料按照一定的规律注入燃烧室，贮液室和燃烧室之间由活塞隔开。在其内弹道过程中，由于点火作用推动活塞压缩贮液室中的液体发射药，当压力达到活塞启动压力后，活塞喷孔打开，使液体燃料通过活塞上的喷射口高速喷射到燃烧室中，并使其雾化和充分燃烧，燃烧生成的燃气推动弹丸向前运动而做功。由于活塞两侧面积差的作用，使得贮液室中压力大于燃烧室中压力，从而能让贮液室中液体燃料能够连续喷射至燃烧室中，直到喷射结束。因此我们可以通过控制液体燃料的喷射规律得到 曲线的平台效应，如图1.3所示，通过增大炮膛工作容积利用系数，从而在给定压力最大值的条件下得到更高的初速 。