无级变装药迫击炮技术研究总体方案设计(6)
(2)直筒中空式再生喷射结构。直筒中空式再生喷射结构又称空心活塞式，它采用了双重控制，由差动活塞控制液体药的喷射压力，再由燃烧室压力和起气垫作用的浮动阀来控制喷孔面积的变化。其优点是喷射孔面积可变，结构强度和刚度也较好，但喷射雾化质量差，浮动阀的振动可能会成为燃烧不稳定的激励源，因此可靠性差。其结构简图见图2.2。
（3）环形喷射式再生喷射结构。具有环形喷孔的环形喷射式结构有两种形式，一种是外环式结构（见图2.3）， 一种是内环式结构(见图2.4)。其特点是可通过优化活塞行程和环形喷孔面积来控制液体发射药的喷射规律和内弹道过程，结构简单，加工性好，具有军事应用价值。图2.5和图2.6所示为内环式再生喷射活塞的改进型结构，它们不依赖于非均匀芯杆来调节喷射面积，而是通过喷射活塞与可动控制杆运动之间的合理匹配来更为有效和灵敏地控制液体发射药喷射规律。其缺点是控制环节过多，对扰动敏感，极易诱发压力振荡。
图2.3外环式结构 图2.4内环式结构
图2.5内环式VIA型再生喷射结构 图2.6内环式VIC型再生喷射结构
在参考前人卓越研究成果的基础上，我们给一个好的再生式液体发射药药室结构下个评判标准，其应当具备：（1）结构简单，强度和刚性好；（2）振动小；（3）喷射孔面积可变，有利于改变内弹道性能，使膛压曲线丰满；（4）喷射雾化质量好；（5）控制环节可靠。而现实中，种种因素相互制约，想实现一个结构简单又有良好改变内弹道性能的结构，是件极难的事，总体设计应当是权衡各种因素的重要性，作出一种折中的设计。我们分析认为，兵器的发展是由低等步步向高等发展，要想占领未来武器的制高点，必须掌握高等的核心科技。在自动控制等高新技术迅猛发展的当今世界，人们对于液体发射药药室内种种因素引起的振动的抑制能力也会越来越强，利用良好可靠地控制手段结合具有喷孔面积可变的稍复杂药室结构，是未来的发展方向。
在喷孔面积可变的药室结构中，我们参考美国4934242号专利核心设计点，即将身管设计成两段，两段之间有极小弧形圆周孔，在一定压力下开启，使得喷孔面积变大，后期可获得良好的喷射效果，由于开口是整个环形圆周，其对雾化也有着极好的作用。其原理见图2.7 、2.8。
在此基础上，我们给出药室结构图，见图2.9。左边箭头表示加注液体发射药，右边箭头代表火药燃气，燃气推动再生喷射活塞，挤压液体发射药，使得喷孔打开，雾化燃烧，继续推动弹丸加速发射。
图2.9
再给出了药室结构以后，我们对再生式液体发射药药室的主要参数进行估算：
膛内压力必须大于进气孔侧压力，进气孔侧压力必须大于贮液室压力，这样喷射活塞才能运动起来，也就是说药室两侧压力必须达到一定压力差才能使喷射活塞达到预期的运动，即必须有差动面积才能使喷射活塞运动，差动面积比的大小直接影响了喷射活塞的受力和运动速度的快慢，因此差动面积比的大小对整个喷射过程有较大影响。根据已有经验理论我们得知，差动面积比选取在1.2-1.4是最优的。我们取个中间值1.3。
喷射孔总面积的变化直接影响了单位时间内液体发射药喷注量的大小，因而该参数会对整个内弹道性能产生很大影响。喷射孔总面积增加，在相同的压差条件下，单位时间内液体发射药喷入身管的液体量增加，弹丸初速相应提高；同时，贮液室内的液体积累量减少，因此，贮液室液体发射药压力明显减小。但是，如果喷射孔面积过大，会减小液体发射药的喷射速度，以至于降低了液体发射药的雾化程度，使液体发射药不能完全燃烧。并且，喷射孔是开在身管上的，如果喷射孔过大，也会大大削弱身管的强度，降低身管的寿命。如果喷射孔开的过小，液体发射药不能在短时间内喷出，贮液室内的液体积累量多，液体压力大；而且也不能充分利用液体发射药，会出现弹丸己经飞离炮口，但贮液室内的液体发射药喷注量少的情况。如果密封性不好，使得残余的火药气体窜入贮液室内，也极易诱发后期回火，导致药室破坏。因此，喷射孔总面积的选择在药室结构设计中也是一个很重要的参量。查阅液体炮实验装置上喷口开设情况，一般选取4-6个喷孔，喷孔直径在5mm以内，雾化等喷射效果较好。针对我们设计的82mm口径的迫击炮而言，由于我们参照美国4934242号专利，增加了环形弧喷口，加速并且充分雾化了发射药，所以我们选取最小喷孔数目为4即可，喷孔直径的取值也应不大于5mm，我们不妨选择4mm。
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