氣動式迫擊炮在發(fā)射過程中的氣體流失計算

喬　磊吳越劉蘭史長虹李淦李川

氣動式迫擊炮在發(fā)射過程中的氣體流失計算

喬磊1吳越1劉蘭2史長虹3李淦4李川5

1、山西中北大學(xué)機電工程學(xué)院2、山西中北大學(xué)理學(xué)院3、中國人民解放軍總后軍需裝備研究所4、中國人民解放軍66068部隊5、山西太原工具廠

根據(jù)氣動式迫擊炮內(nèi)彈道的特點，建立氣動式迫擊炮在發(fā)射過程中氣體流失模型；推導(dǎo)氣體迫擊炮在發(fā)射過程中氣體泄漏量的解法；發(fā)現(xiàn)氣體流失總量與身管長度成線性關(guān)系；并結(jié)合實際應(yīng)用，對氣體迫擊炮在發(fā)射過程中的氣體流失進行分析計算，有利于氣動式迫擊炮的優(yōu)化。

氣動式迫擊炮；內(nèi)彈；氣體流失

引言

迫擊炮在發(fā)射時存在氣體流失，而氣動式迫擊炮與傳統(tǒng)火藥驅(qū)動的迫擊炮的內(nèi)彈道有所不同。筆者根據(jù)近年來對氣體炮發(fā)射技術(shù)的研究和應(yīng)用，結(jié)合流體力學(xué)，建立了空氣迫擊炮氣體流失數(shù)學(xué)模型，并提出了一種實用的計算方法。

1氣體炮內(nèi)彈道［1］

與火炮內(nèi)彈道理論相似，在研究氣體炮內(nèi)彈道理論時做如下假設(shè)：

（1）彈丸在氣體作用下向前運動時彈后壓力均勻一致。

（2）由于發(fā)射過程時間較短，氣體膨脹認(rèn)為是絕熱過程。

1.1理想狀態(tài)內(nèi)彈道方程

內(nèi)彈道基本方程

氣體狀態(tài)方程：

其中，φ為次要功系數(shù)，m為彈丸質(zhì)量，v為彈丸速度，t為作用時間，A為炮膛直徑，p為壓強，V0為氣室容積，γ為絕熱指數(shù)，x為彈丸運動行程。

聯(lián)立方程解得：

（3）式為氣體炮內(nèi)彈道公式

由氣體狀態(tài)方程得：

2氣體迫擊炮內(nèi)彈道氣體泄漏模型

由于消防彈的定心部和膛壁之間有一定的間隙，所以在整個射擊過程中，隨著彈丸的運動，火藥氣體將不斷地從間隙流出。

建立氣體泄漏模型：

彈丸在身管內(nèi)在高壓氣室氣體壓力的作用下沿身管向前運動。彈丸在身管內(nèi)發(fā)射的整個過程中，總泄漏量即為氣體從間隙內(nèi)流出的總量。氣體質(zhì)量較彈丸質(zhì)量可忽略不計，所以氣體的移動速度大于彈丸移動速度。彈丸移動到身管的某一位置，設(shè)此時在此截面上的氣體微元為m，下一微小時刻后，由于氣體的移動速度大于彈丸移動速度，在下一微小時刻后，此微元先于彈底移動到下一截面，形成泄漏，即氣體的泄漏量是由于氣體與彈丸移動的速度差而引起的。

彈丸直徑與身管直徑的間隙很小，且氣體流動速度遠(yuǎn)大于彈丸移動速度，所以在彈丸移動過程的某一時刻，假設(shè)彈丸靜止不動，氣體的泄漏可以簡化為氣體在厚壁孔口的自由出流［2］。

設(shè)高壓氣室的初始壓力為P0，在某個橫斷面上的壓力為Px，彈丸與身管內(nèi)壁之間的空隙面積為A1，氣體密度為ρ，兩端壓力差為△p，則流量q為：

其中，Cv為流速系數(shù)。

由氣體狀態(tài)方程［2］可得：

其中R=0.2968kJ/kg·K，T=273.15K。對（5）式積分，得氣體總泄漏量Q為：

3算例

某一空氣式迫擊炮，所配彈丸直徑為150mm，身管直徑為151mm，身管長度為1.2m，高壓氣室的初始壓力為5MPa，不計熱損失和管壁摩擦。

氣體流出總量隨身管變化如圖1。

圖1　氣體流失總量與身管長度關(guān)系

可知，氣體流出總量與身管長度基本呈線性關(guān)系。隨著身管長度的增加，氣體流失總量成比例增加。

4結(jié)論

（1）氣體的泄漏量是由于氣體與彈丸移動的速度差而引起的。

（2）在某一時刻，氣體流出可按氣體在厚壁孔口的自由出流公式計算。

（3）氣體流出量與身管長度基本呈線性關(guān)系。

［1］趙俊利等.氣體炮實用內(nèi)彈道方程及應(yīng)用［J］.火炮發(fā)射與控制學(xué)報，2003.3.

［2］喬中華.流體力學(xué)［M］.山西科學(xué)技術(shù)出版社，2001

喬磊，1988年9月出生，山西太原人，碩士，研究方向：高效毀傷戰(zhàn)斗部設(shè)計及數(shù)值仿真。