2。1。2弹丸挤进过程
在完成火药的点火与传火过程后,膛内随着点火药和发射药的燃烧产生并充满大量高温高压的混合火药燃气。弹丸在膛内压力达到一定的启动压力之后开始启动,因为膛内密封要求,弹带的直径会比膛线内阴线的直径稍微要大一点,所以在弹带逐渐挤进膛线的过程中,弹丸所受到的压力也在不断地增加。当弹带全部都挤进膛线的时候,弹带已经被膛线刻成了沟槽并且与膛线紧密贴合,这就是制导弹药内弹道过程中的弹丸挤进过程。
2。1。3弹丸在膛内运动过程
当弹带全部挤进膛线后,阻力突然下降。由于此时药室内的火药还是在继续燃烧,源源不断地生成高温高压的火药燃气并充满炮膛。火药燃气在膛内急速膨胀做功,从而推动弹丸做沿炮膛轴线的直线运动和沿弹轴的旋转运动。同时,正在燃烧的火药颗粒和燃烧生成的火药燃气也随弹丸一起向前运动,二者对炮身有反作用力,因此炮身产生后坐现象。
2。1。4 后效作用时期
弹丸射出炮口之后,没有了弹丸对炮膛的密封,炮膛内部高温高压的火药燃气从膛内飞速流出并且在膛口急速膨胀,超越并且包围已经射出炮口的弹丸,在膛口形成非常复杂的流场,同时也产生两种后效作用,包括对炮身的反作用力使得炮身发生后坐运动以及对已射出的弹丸的推动作用。
2。2制导弹药内弹道的模型建立
2。2。1基本假设
本文制导弹药内弹道模型是基于经典内弹道理论的,基于以下假设构建内弹道方程组[5]:
(1)火药的燃烧是符合几何燃烧定律的,也就是说火药的燃烧过程被认为是按照药粒表面的平行层一层一层燃烧的,并且火药在燃烧过程中一直保持相同的几何形状和几何尺寸;
(2)火药的燃气方程必须满足诺贝尔-阿贝尔方程;文献综述
(3)内膛表面因热辐射、热传导以及对流造成的热散失可以通过减小火药力或者增加比热的方法来间接进行修正;
(4)火药药粒的燃烧是在膛内平均压力下发生的,并且严格遵循火药的燃烧速度定律;
(5)为方便计算,通过利用次要功系数来修正其它的次要功;
(6)弹带挤进过程所用时间忽略不计,即认为是瞬间完成的,以某一确定的挤进压力作为弹丸做直线运动和旋转运动的启动条件;
(7)弹带挤进完成后,弹带和膛线紧密贴合,密闭良好,不存在漏气现象;
(8)单位质量的火药颗粒燃烧所释放出的能量以及生成的火药燃气的燃烧温度都是确定的值,并且在火药燃气的膨胀做功过程中,燃气组成成分的变化可以忽略不计,即认为火药力、火药余容和比热比是定值。
2。2。2数学模型
本文所采用的内弹道数学模型[5]为:
(1)火药形状函数
本文所选用的火药为多孔火药,令火药的肉厚为,为火药孔道的直径,为药粒的直径,为药粒的长度,为多孔火药的孔数。
根据上述尺寸,可知药粒的起始体积为
假设燃烧到某一瞬间药粒的已燃厚度为,则在这个瞬间药粒的剩余体积为
所以火药的燃去百分数为
(2。1)
取表示燃去相对厚度。
令,则有:
同时,令,
代入式(2。1)得
(2。2)
令:
带入到式(2。2)中,有:
(2。3)
此时,火药处于增面燃烧阶段。