到目前为止,国内外对于高低压火炮已经有着较为丰富的研究,从内弹道理论分析并数学建模、编程仿真模拟计算,炮膛内气动力计算与分析,装药研究到弹丸与身管相互作用及其影响,高低压火炮安全性能等方面都有着不同的分析、计算和设计方法。82755
随着世界军事技术的快速发展,防空作战领域变得越来越重要,传统的火箭武器已经不能满足作战要求,新的火箭武器需要被研发出来。这就需要解决普通火箭武器离轨速度较低和射击密集度不高等问题。刘浩[1]以虚拟样机技术为基础将高低压发射原理引进防空火箭炮的设计中,这样不仅不会加大发射系统的后坐力,还有利于提高火箭弹炮口初速度,从而提高火箭射击密集度。
高低压发射原理是在燃烧过程中,火药始终只在相对密闭的高压室中燃烧,不进入低压室,并且在射击过程中没有未燃完的火药随火药气体从节流孔中喷出,这样就有一个稳定的压力环境使火药充分燃烧。达到一定压力后喷口全部打开,火药燃气从高压室流向低压室,低压室压力升高到弹丸挤进压力,然后再推动弹丸在发射管中加速前进运动。因此,由于火药气体的流动,较普通火炮来说,高低压火炮内弹道过程要复杂的多。贺北斗[2]根据高低压发射的特点提出了几点基本假设,并参考了火炮内弹道和火箭发动机原理,将箭、炮结合起来考虑,初步给出了高低压无后座发射火箭的内弹道方程。蒋淑园和王浩[5]为了掌握高低压火炮发射过程中发射腔内流场的复杂变化,建立了高压弹射装置内弹道二维气相模型,并表明了弹射关键阶段在弹丸启动的较短时间内。对于高低压发射动力问题,刘浩和李军[6]以恢复系数动态接触理论为基础,给出了火箭武器发射过程中弹管动态接触碰撞的动力学模型,通过对火箭发射过程的数值仿真计算,得出了运用高低压发射原理发射火箭弹时的内弹道变化规律。论文网
显然,炮口初速是评估火炮性能最重要的特征指标。为提高火炮初速,内弹道学致力于研究装药技术,火炮初速的水平在一定程度上反映了内弹道学研究的水平。曲作家和宋明[8]综述了国外火炮固体发射药装药方面研究的概况,以及众多提高火炮初速技术途径,国际上的研究可概括为提高单位能量密度、附加能量提供技术、控制火药气体燃气生成规律和单元模块装药等几个方面。对于其他可能影响弹丸初速的原因,Carlucci 等[9]的研究表明弹丸在膛内运动时受到的阻力对炮口初速的预测精度有重要影响。
火炮的性能指标不仅包括火炮的威力,还有安全性能也是要考虑的重点。火炮装药床的点火过程在内弹道循环中十分复杂,是影响火炮内弹道稳定性的关键因素。点火不均匀时不仅会导致火炮内弹道性能不稳定,使射击精度降低,有时还会产生危险压力波,导致发生一些不良事故,甚至炸膛现象的发生。因此,内弹道学将研究点火过程及其规律作为一个重要组成部分。East[11]通过试验设计了两种能够快速点火的装置,即在中心点火管中采用本萘药条,获得了比黑火药的点火性能更好的点火药。Lisov[13]建立了与弹道参数、弹带热物性参数以及弹带与身管之间的摩擦系数有关的弹带磨损模型,致力于改善弹丸的运动条件。