轻气发射装置内弹道模型及弹道性能分析(2)
燃速系数
火药初始厚度的一半
燃速指数
药室平均压力
轻气室平均压力
活塞质量
活塞速度
S轻气室截面积
发射身管截面积
活塞行程
活塞底部的膛内压力
初始注气压力
弹丸质量
绝热系数
火药力
计算的弹丸出炮口速度
装药质量
次要功计算系数
弹丸全行程长
发射过程中弹丸的行程长
压力全冲量
弹丸运动的相对速度
时间
气体绝热系数
弹丸启动压力
发射管口径
泵管口径
活塞启动压力
装填密度
余容
火药密度
轻气室初始容积
弹后空间容积
1 绪论
1.1 课题背景及意义
现阶段的火炮技术，面临着很多问题。要增加火炮威力，除了需要合适的爆破形式和效果，最重要的就是增加弹丸的速度，也就是弹丸的炮口初速。现如今有各种各样的火炮发射原理和材料，可都在想办法克服各种影响初速的问题。弹丸在发射管内的运动距离越长，火药气体对弹丸膨胀做功的距离就越大，就能使火药气体的内能转化为弹丸的动能的效率更高，从而使弹丸初速得到大幅度提高。增大口径可以提高弹丸初速，但相应的火炮质量也很快增加，使火炮的机动性下降。减小弹丸的质量也势必会影响到弹丸的威力。增长身管也会受到火炮机动性等因素的限制。轻气炮自身的材料强度制约了火炮膛压的提高，因为高膛压会带来很强的炮口冲击波，从而影响安全使用性。因此在现有的火药、炮身材料的条件下，要求大幅度提高弹丸初速是不切实际的，也是违反客观规律的。要使提高初速能够有新的突破，就必须要新的能源、新的材料和新的发射原理。轻气炮的理论就是在这方面的一种探索。
二级轻气炮是通过火药燃烧产生高温高压燃烧气体推动活塞运动，使活塞压缩轻质气体，利用气体膨胀对弹丸做功，使弹丸获得超高初速的发射装置。现如今海军研究所（NRL）将0.2g的弹丸加速到11.6km/s，达到第二宇宙速度的惊人效果[1]。轻气炮发射装置主要用于在实验室中各种符合其原理的研究，例如：弹丸气动力弹道学和终点弹道学，也用于在高速碰撞下材料的力学性能研究[1]。实验研究一般是在特定几何的炮口尺寸上进行的，参数的变化范围受到一定的限制。因此，通过数值模拟和对p-t、p-l、v-t、v-l四个曲线图进行分析，总结各参量的变化对轻气炮发射性能的影响，这对二级轻气炮的设计和性能优化拥有重要的意义。
轻气炮技术的应用范围越来越广泛，主要有[6]：
(1)研究高速和超高速碰撞的终点效应，如陨石碰撞；导弹、宇宙飞船以及人造卫星可能经受陨石和空间碎石群撞击的情况等等；
(2)研究冲击波的产生和衰减的规律，以及由冲击波引起的材料的动态力学性态，包括材料在冲击波作用下的动态屈服强度、层裂强度、相变：高温高压下材料的剪切模量、体积模量等等；
(3)研究材料的高压物态方程和低压本构关系，包括利用轻气炮测量材料的冲击绝热曲线和等嫡压缩线等；
(4)研究材料的冲击压缩下的光谱，以及气体在高温高压下的辐射输运系数等等；
(5)研究材料在高温高压下的电磁性能，如电导率的变化规律等；
(6)研究透明或非透明材料在高温高压下的熔化特征，冲击波温度的测量等等；