图2以色列亚音速普通弹  

图3亚音速SB193消音弹  

为此,出现了一种专门的微声武器。许多国家的特工都装备有微声手枪,常见的微声手枪均在枪管前加装消声器,而俄罗斯PSS7.62mm微声手枪却独辟蹊径,采用一种不同于常见的消声器结构的消声弹。但是无论哪种消声器都仅能降低由火药燃气产生的噪声,而无法降低由弹头激波产生的噪声。俄罗斯9×39mm特种亚音速步枪弹的历史可以追溯1960年5月,当时鲍尔斯的U2侦察机在前苏联境内被击落,俄国人从他身上搜获出来的装备包括了一把微声手枪,于是俄国人就因此就有了一种类似的苏联武器的要求。这把手枪被送到苏联精密机械工程研究院,要求研究院研制出相配套的一系列微声武器及弹药。他们为苏/俄提出了一些微声武器及相配弹药的理论,并开发了一些技术和相关产品。  

开始时,这些前苏联工程师设计了一系列采用活塞原理的消声弹药,膛口噪声极低,但也存在有效射程太近的问题,通常只有20米,使用这种弹药的特种手枪很适合特工在人群中秘密暗杀目标人物,但如果要对付100米距离以外的目标就无能为力了。于是前苏联的工程师又开发了两种有效射程达到400米的专用消声弹,分别命名为SP-5普通弹和SP-6穿甲弹,最近又开发出更新的PAB-9穿甲弹。这些专用弹是以7.63×39mmM43步枪弹为基础研究的,弹壳除瓶颈部分外与M43弹基本相同,但改用很长很重的9mm弹头。实际上,这种“大威力”的亚音速弹的作用原理就是依靠弹头巨大重量,在300-400米距离上也能提供很高的终点动能。SP-5(为全被甲弹头(普通弹头),弹头未端有一小段钢芯;SP-6为半被甲弹头(穿甲弹),在弹尖露出硬钢芯,在100米距离上可穿透8mm钢板,在400米距离能穿透2mm钢板。与具有同样消声效果使用手枪弹的武器相比,SP-5和SP-6的优点是有更远的射程和杀伤力。SP-5和SP-6的弹头大约重16克,PAB-9是新研制的,为了增强穿甲效能,采用更重的17.3克硬化钢芯弹头,成本比SP-6稍贵一点。SP-5普通弹和SP-6穿甲弹能在亚音速和低噪声的前提下提供很高的终点效能,而SP-6和新的PAB-9是专门设计是用于在400米距离上对付III级防弹衣的[1]。  

俄罗斯还研制出专用的9×39mm突击步枪弹,采用了截头锥形尾部,圆弧部采用多段圆弧构成,经典的结构,很是美观。上图中的以色列亚音速弹头的弧形部也是采用了圆弧多段构成。而对于亚音速SB193消音弹的弧形部长度比例很大,所以弧形部看起来特别的细长。以上已有的亚音速枪弹的弹形的参考,对设计此课题的弹形有着指导意义。  

1.3研究课题内容  

而对于亚音速枪弹的有效射程的提升,与枪弹外形有着至关重要的密切关系。当枪弹被击发后,弹头飞出枪口,在飞行过程中,空气阻力限制着弹头的飞行距离。所以通过改善亚音速枪弹弹头外形,以减小弹头飞行过程中受到的空气阻力,提高亚音速枪弹的有效射程,是一个很有意义的课题。下面,我们将通过亚音速弹丸外形设计及数值分析,研究和分析亚音速弹头不同外形与空气阻力之间的关系,做出提高亚音速枪弹有效射程的弹头外形设计的参考建议。  

2课题部分相关知识及外形初步分析  

2.1空气动力学等相关知识  

弹丸在空气中飞行,与空气相对运动,所受到的作用力称为空气阻力。显见,此力必与弹丸特性(如大小、形状、结构等)、空气特性(如气温、密度、粘性以及可压缩性等)以及弹丸和空气之间相对运动特性(如相对速度的大小、弹轴的方位等)三个方面有密切的关系。而空气特性,通常,是人为不改变的,我们必须从弹丸特性入手和设计,以减少空气阻力[2]。空气阻力由摩擦阻力、涡流阻力以及超音速时的波动阻力组成。由于空气具有粘滞性,当弹丸在空气中相对运动时会出现环流现象,产生的阻力称为空气摩擦阻力[3-5]。当增大弹丸与空气之间的相对速度v至一定程度,且v小于音速c时,气流将明显地不环绕弹丸表面运动,并在弹底附近出现漩涡,形成涡流,而产生的阻力称为涡流阻力。

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