轻气发射装置的内弹道特性研究(4)
学者的普遍重视，但是由于结构与装填条件等因素的影响，每门都存在与自身最
匹配的发射参数， 仅仅依靠反复实验来确定每门炮的最佳发射状态是不可能解决
问题的。但是，运用理论计算来辅助实验可达到事半功倍的效果。国外学者己经开展了二级轻气炮发射过程理论计算方法，但国内这方面的研究资料还不多见。
为了从理论计算得到的数据中，了解参数对发射规律的影响，针对现有的计
算法特点展开工作。本文的主要任务是以二级轻气炮为研究对象，围绕
Φ100 /30 二级轻气炮，对其内弹道过程进行模拟仿真，在此基础上，利用
该程序进行预测分析，讨论装药量、活塞重量、初始注气压力、破膜压力等装填
参数及贮气室、发射管等结构参量变化对内弹道过程的影响。为此，论文的主要
工作包括：
（1） 了解二级轻气炮的工作原理；
（2） 分析二级轻气炮发射时的膛内过程，建立正确的数学物理模模型；
（3） 调试仿真软件（用 VB编程仿真）[12]
，利用该程序进行预测分析，讨
论装药量、活塞重量、初始注气压力、破膜压力等装填参数及贮气室、发射管等
结构参量变化对内弹道过程的影响[13～15]
。 2 二级轻气炮内弹道过程
2.1 引言
选用比普通火药气体分子量小、声速高、 值小的气体作为工作介质，通过
活塞做功压缩轻质气体，这样既能提高弹丸底部平均压力，又能使火药力更有效
的转化为弹丸的动能，还能使弹丸底部平均工作压力保持较长的工作时间。但是
如此过程，导致二级轻气炮的内弹道过程变得相当复杂。其内弹道过程，涉及两
个气室的压力变化，以及活塞和弹丸的运动规律。从原理上看，我们希望活塞前
端的气体产生等熵压缩，但是实际情况会更加复杂，其中轻质气体压缩产生的激
波就是典型代表。因此，我们简化计算时，可以利用等熵压缩模型，但是要想更
加精确可以采用带人工粘性项二阶 MacCormack 预估校正格式来求解气动力方程
组。 -5- 2.2 二级轻气炮结构
传统火炮的工作模式是借助火药室内的高压气体产物，膨胀对弹丸做功，从
而获得弹丸初速。弹丸底部压力的高低对弹丸速度有很大影响，更大的压力意
着更大的速度，但是药室与弹丸的结构和材料难以承受很大的点火峰值压力。为
了突破这种有局限性的工作模式，我们设想创造出在点火时有材料能够承受的初始峰值压力，在整个发射过程中有很高的弹底平均压力值，这样的组合将对弹丸
速度的提高产生很重要的作用，而这个特点正是二级轻气炮所具备的。二级轻气
炮结构如图2.2所示，它是由火药室、泵管、膜片、弹丸、高压段、靶室以及真
空系统和控制系统组成。其中分为两个部分，即火炮部分和弹丸发射部分。火炮
部分的装置称之为火药室以及泵管，弹丸发射部分称之为发射管。火炮部分装填
的主要是火药，弹丸发射部分内冲入一定压力的轻质气体，两个气室分别是独立
的，并通过活塞连接两个部分，强度高、尺寸大的高压段是连接泵管与发射管的
重要部件， 而且不允许存在漏气现象的发生。 2.3 二级轻气炮的工作原理
二级轻气炮基本工作原理是利用火药气体推动活塞， 由活塞压缩加热轻质气
体，被压缩的轻质气体再推动弹丸运动。发射前注入轻气室中的轻质气体具有一
定的初始压力，当药室内的火药点燃后，产生高温高压的火药气体，达到一定压
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