串联药室火炮内弹道过程模拟与分析(3)
随着计算技术水平的提高以及优化决策方法的发展，多种优化技术在不同的工程领域得到了广泛的应用，一些优化技术也逐步应用到内弹道设计领域。May等最先将优化方法引入到经典内弹道模型中，以弹丸动能为寻优目标，实现了对七孔火药药粒形状参数的优化设计。国内内弹道优化设计分析始于二十世纪九十年代初，[21]对高低压火炮的结构参数进行了优化，给出了某坦克炮全弹道多目标优化模型，采用线性平均加权法处理多目标问题；[22]用穷举法进行了装药设计的计算机辅助优化研究；[23]将人工智能技术应用于火炮装药设计中，给出了一种基于专家经验知识的火炮设计专家系统；[13]将复合形法应用于火炮内弹道最小膛容方案的优化设计中，得到了以最小膛容为目标的优化设计结果。但是由于内弹道模型的非线性以及评价内弹道性能指标的多样性，在具体应用中，不仅存在目标函数的选取、设计变量的确定问题，而且目标函数与设计变量之间的显式函数关系一般也很难得到，从而无法讨论最优解存在的必要条件，使得一些优化算法的应用受到限制，火炮内弹道优化设计还存在较多待研究的问题。
1.4 本文主要工作
串联药室火炮与常规固体发射药火炮相比结构更加复杂，其内弹道性能受到的影
响因素也较多。出于以上考虑，本文在研究其内弹道性能的过程中，主要进行了以下工作：
a）建立串联发射内弹道过程的经典内弹道数学物理模型，利用VB编制程序进行数值模拟；
b）在选定一组标准数据的前提下，分别改变点火延迟、活塞质量以及主副药室的装药质量比例，通过编程来讨论这些参数对弹道性能的影响，并进行分析研究；
c）计算串联双药室火炮基于拉格朗日假设下身管内的压力分布，进一步研究其内弹道性能；
d）基于经典内弹道理论的内弹道多指标优化设计
针对内弹道设计方案选择的复杂性，建立了基于经典内弹道理论的火炮内弹道多指标优化设计模型，并采用基于距离测度的TOPSIS方法进行了求解，对内弹道设计过程与方案选择过程进行统一，从而实现了串联双药室火炮的内弹道优化。
2 串联多药室经典内弹道数值模拟
2.1 引言
随着防空，反导以及压制兵器等发展的需要，对弹丸的炮口动能和初速要求越来越高。近年来，国内外出现了许多种提高火炮性能的发射原理，如电热发射技术、电磁轨道发射技术、再生式液体药发射技术、随行装药技术、冲压发射技术等。这些发射技术在理论上都可以把弹丸初速提高到相当的程度，但由于技术上的原因都未能装备部队。串联多药室也是在这种背景下诞生的新型发射技术，以德国为代表的弹道专家已进行了理论和实验研究。运用串联多药室火炮新型发射技术，在不提高膛压的情况下，可提高弹丸的初速，这对于现有火炮的改造具有广泛的应用前景。串联多药室与其它新型发射技术相比具有以下优点：a）火炮结构变动不大，这对于整个坦克系统来说，可以降低研制经费；b）主副药室膛压较低，有利于火炮发射安全性；c）副药室可以起到接力作用，达到提高弹丸初速的目的。这种装药结构复杂的大口径火炮膛内燃烧情况特别复杂，在这种高温、高压的情况下，只通过实验来获取信息已显不足，必须借助数值模拟以便获取更多的信息，解决发射药安全性、膛内压力波动、燃烧不稳定性问题，并了解副药室点火延迟、活塞质量、装药量比对弹道性能的影响。为了发掘我国现代坦克炮的潜力，有必要利用数值模拟的方法对串联多药室理论进行深入的研究，分析其内弹道性能。本章建立了某140mm口径坦克炮串联多药室火炮经典内弹道模型，并进行了数值模拟。