固体差动随行装药高初速火炮内弹道理论分析

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1、第35卷第1期爆炸与冲击Vol.35,No.12015年1月EXPLOSIONANDSHOCKWAVESJan.,2015DOI:10.11883/1001-1455(2015)01-0070-06*固体差动随行装药高初速火炮内弹道理论分析邹华1,2,陆欣1,周彦煌1(1.南京理工大学能源与动力工程学院,江苏南京210094;2.南京理工大学理学院,江苏南京210094)摘要:提出了一种基于差动原理的固体差动随行装药的高初速火炮发射方案,该方案能有效克服传统随行装药技术提高初速必将伴随射弹底部最大压力增加的缺点。它的主要特点是运用差动原理,实现不同组合件之间的速度不同,自动压缩储

2、能室使随行工质向弹后连续喷射,有效抑制和消除了弹丸运动引发的稀疏波影响,提高了火炮工作容积利用率。推导了差动随行组合弹丸不同组合件动力学模型,给出了弹载工质物理量分布关系式。计算结果表明,在最大膛压、飞行弹丸底部最大压力、弹重及弹丸行程等不变条件下,随行药量取10.2kg,某大口径火炮的弹丸初速可提高26%,火炮工作容积利用率提高约44%。该方案可为火炮提高初速和实现超远程发射提供新的途径。关键词:爆炸力学;固体随行装药;差动原理;高初速火炮;内弹道学中图分类号:O389;TJ55国标学科代码:13035文献标志码:A[1]近年来,以火炮作为发射平台的智能弹药发展迅速。为实现火炮

3、远程和超远程精确打击,火炮采用随行装药发射智能弹药是一种有效的技术途径。然而,当火炮采用传统随行装药提高初速时,射弹底部最大压力会明显增大,即射弹的过载增加。显然,这对于火炮发射智能弹药是不允许的。为此,本文[2-5][6]中在现有随行装药技术和液体发射药火炮再生式发射技术基础上,提出一种基于差动原理的新型随行装药方案。该方案不仅能有效控制射弹过载,还能大幅提高射弹的初速,从而增大火炮的射程。1固体差动随行发射原理本文中提出的新型差动随行装药发射方案,随行药可以采用和弹后主装药相同或相近的固体火药,称为固体差动随行装药。图1和图2分别为传统随行(包容式)和固体差动随行两种装药结构

4、及工质沿轴向的速度与压力分布的示意图。传统随行装药由弹丸、随行容器及储能室内随行药组成。而差动随行装药由缸形底座、飞行弹丸及由它们形成的储能室组成。对比图1和图2可见,它们在结构和工作原理上有如下不同:(1)传统随行装药的随行容器与弹丸是固结在一起的,不可相互滑动。而差动随行装药缸形底座与飞行弹丸是可以相互滑动的。(2)传统随行药室容积是固定不变的,实现喷射的前提是储能室内前端底部压力p、后端底部压力2p1和弹底压力pd必须满足p2>p1>pd;而差动随行的储能室可以被压缩变小。(3)弹丸直径不同,差动随行条件下,飞行弹丸直径小于炮管内径,同样质量弹丸的长细比较大。发射过程中,差

5、动随行条件下缸形底座相当于活塞缸,飞行弹丸相当于活塞。飞行弹丸在其底部压力p2作用下加速运动,而活塞缸的运动主要取决于底部外侧压力pd和内侧压力p1。设计要求缸形底座与飞行弹丸的加速度满足dvp1dvp2>xt>0(1)dtdt式中:xt为储能室内腔长度,vp1、vp2分别为活塞缸和活塞的速度。该式是差动随行的充分必要条件,满*收稿日期:2013-06-17;修回日期:2013-11-23第一作者:邹华(1976—),女,博士研究生,讲师,zouhua_nj@sina.com。第1期邹华等:固体差动随行装药高初速火炮内弹道理论分析71足这一条件,随行储能室内压力分布则满足p1>p

6、2和p1>pd,且通过内弹道优化设计可以做到p2m

7、程相关的膛内工作区间分为弹后空间和差动随行工作区间两部分。弹后空间与传统随行装药相比没有原则不同,可采用常规内弹道理论与方法建立其内弹道方程[2]组,在此不再重复。本文中重点建立差动随行工作区间动力学方程组。鉴于储能室长度远小于弹后空间长度,所以可采用Lagrange假定,即假定随行工质密度均匀分布,而速度呈线性分布。其他假定与传统内弹道模型相同。现将固体差动随行动力学方程组推导如下。令图2中缸形底座、飞行弹丸和弹载随行工质的质量分别为m1、m2和mt,速度分别为vp1、vp2和