火炮發(fā)射火藥氣體動力學(xué)特性與工程應(yīng)用

前言

火炮是以火藥為能源的動力機械，在膛內(nèi)時期火藥氣體壓力是推動彈丸做功以及使后坐部分產(chǎn)生后坐動量的動力來源；在后效期，從彈丸飛出炮口瞬間開始至膛內(nèi)火藥氣體壓力降至一個大氣壓為止，這一時期就是高壓容器突然打開火藥氣體的噴出過程，前噴火藥氣體使后坐部分獲得的動量增量等于火藥氣體對后坐部分的實際等效推力沖量的大??；在后效期終結(jié)時，后坐部分具有的自由后坐動量等于膛內(nèi)時期終結(jié)時后坐部分具有的自由后坐動量和后效期后坐部分獲得的動量增量之和。我國科研設(shè)計部門在火炮研制過程中，發(fā)現(xiàn)我國使用的后效期終結(jié)時后坐部分具有自由后坐動量的計算方法MhWk.max=mv0+βwv0中，在求取滑膛炮與線膛炮火藥氣體后效作用系數(shù)β值時，在現(xiàn)行使用的火藥氣體后效作用系數(shù)β的經(jīng)驗計算方法β=A/v0中，建議取A＝1300時，計算滑膛炮后效期終結(jié)時后坐部分具有的自由后坐動量的計算結(jié)果與實測值的誤差過大，不能在科研設(shè)計時使用，這是什么原因引起的呢？我國現(xiàn)在使用的炮口裝置沖量特征量的計算方法，在計算火炮發(fā)射不同彈藥（種）炮口裝置沖量特征量時，炮口裝置沖量特征量的計算結(jié)果不等于常量，它不能反映炮口裝置工作時沖量特征量的本質(zhì)，不能在工程設(shè)計中使用?；鹋谠O(shè)計理論表明：火炮發(fā)射不同彈藥（種）條件下，炮口裝置沖量特征量應(yīng)該等于某一常量，它與不同彈藥（種）的使用條件無關(guān)。在評價火炮總體、炮架的動力學(xué)特性時，當火炮發(fā)射不同彈藥（種）時，炮口動能較大的彈藥（種）條件，火炮總體、炮架的受力并不一定就較大，看來使用炮口動能金屬利用系數(shù)評價火炮動力學(xué)特性來說明金屬材料的利用水平是存在問題的，這又是什么原因引起的？

內(nèi)容概要

　　《火炮發(fā)射時火藥氣體動力學(xué)特性與工程應(yīng)用》給出了與我國傳統(tǒng)使用的火炮發(fā)射火藥氣體動力學(xué)特性的不同計算方法，重新推證了膛內(nèi)時期、后效期和后效期終結(jié)時，滑膛炮、線膛炮和滑膛與線膛混合型火炮后坐部分具有自由后坐動量的計算方法，計算結(jié)果與實測值具有良好的一致性。給出膛線是滑膛炮與線膛炮火藥氣體后效作用系數(shù)實測值產(chǎn)生差異的核心因素，提出火炮發(fā)射時后效期火藥氣體對后坐部分的等效（實際等效）推力噴射速度的新概念，給出實測自由后坐數(shù)據(jù)的修正計算方法以及自由后坐諸元和炮口裝置性能特征量的計算新方法，建議舍棄采用炮口動能及其金屬利用系數(shù)評價火炮動力學(xué)特性的方法，改為采用后坐動量及其金屬利用系數(shù)評價火炮動力學(xué)特性的方法等。全書共五章：第1章概述；第2章火炮自由后坐時的動量守恒問題；第3章實測自由后坐數(shù)據(jù)和自由后坐諸元以及炮口裝置性能特征量的計算方法；第4章自由后坐試驗的工程實踐與應(yīng)用；第5章火炮自由后坐計算方法在輕武器上的應(yīng)用。

書籍目錄

第l章 概述第2章 火炮自由后坐時的動量守恒問題2.1 兩個小球發(fā)生碰撞時的動量守恒問題2.2 火炮自由后坐時的動量守恒問題2.2.1 膛內(nèi)時期火藥氣體具有的壓力作為系統(tǒng)內(nèi)力的特點2.2.2 膛內(nèi)時期火藥氣體具有的壓力是系統(tǒng)內(nèi)力2.2.3 膛內(nèi)時期系統(tǒng)總動量(矢量)守恒和后坐部分與彈丸具有動量的關(guān)系與計算方法2.2.4 后效期火藥氣體使后坐部分獲得的動量增量2.2.5 后效期終結(jié)時后坐部分具有的自由后坐動量2.2.6 對膛內(nèi)時期終結(jié)時后坐部分具有自由后坐動量(MhWg)與彈丸炮口動量(mvg)相等的說明2.2.7 膛內(nèi)時期火藥氣體的所謂前移動量(0.5wv0)對系統(tǒng)總動量不產(chǎn)生影響2.2.8 對兩種火藥氣體沖量相對變化率(σ)計算方法的比較2.2.9 滑膛炮不帶與帶炮口裝置后效期終結(jié)時后坐部分具有自由后坐動量兩種方法計算結(jié)果與實測值的比較2.2.10 線膛炮不帶炮口裝置后效期終結(jié)時后坐部分具有的自由后坐動量兩種方法計算結(jié)果與實測值的比較2.2.1l 線膛炮帶炮口裝置時兩種方法計算結(jié)果與實測值的比較2.2.12 主要結(jié)論與看法2.3 對膛內(nèi)時期火藥氣體壓力時間曲線變化規(guī)律的分析2.3.1 對“力”的構(gòu)成與存在的兩個必備要素條件及其在系統(tǒng)和獨立研究對象中作用的說明2.3.2 不能假設(shè)火藥氣體膨脹流動速度按直線增加的規(guī)律變化2.3.3 主要結(jié)論與看法2.4 對實際測試得到的彈底與膛底壓力關(guān)系的分析2.4.1 火藥氣體本身具有的壓力2.4.2 實際測試時得到的火藥氣體壓力2.4.3 有別于銅柱測壓法的新的膛底和彈底壓力測量方法2.4.4 結(jié)束語2.5 對不帶炮口裝置時后效期有關(guān)問題的分析2.5.1 對不帶炮口裝置時炮口斷面噴管氣流狀態(tài)的分析2.5.2 炮口噴管臨界斷面處產(chǎn)生等聲速氣流(C0)的現(xiàn)象2.5.3 對炮口氣流從炮口噴出現(xiàn)象的分析2.5.4 滑膛炮后效期終結(jié)時后坐部分具有的自由后坐動量2.5.5 線膛炮后效期終結(jié)時后坐部分具有的自由后坐動量2.5.6 滑膛與線膛混合型火炮后效期終結(jié)時后坐部分具有的自由后坐動量2.5.7 兩種后效期終結(jié)時后坐部分具有自由后坐動量計算方法的比較_2.5.8 對美陸軍工程設(shè)計手冊中火炮后坐部分具有的自由后坐動量計算方法的分析2.5.9 后效期終結(jié)時后坐部分具有自由后坐動量的計算方法2.6 對火藥氣體等效推力噴射速度“A”值的分析2.6.1 對火炮發(fā)射時火藥氣體動力學(xué)特性的統(tǒng)計分析2.6.2 對火炮發(fā)射時火藥氣體動力學(xué)特性試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析2.6.3 對線膛炮和滑膛炮等效推力噴射速度“A”值的方差一致性檢驗2.6.4 對線膛炮和滑膛炮等效推力噴射速度“A的平均值一致性檢驗2.6.5 滑膛與線膛混合型火炮考慮彈丸旋轉(zhuǎn)影響時實際等效推力噴射速度(“A**”)值的求取方法2.6.6 考慮彈丸旋轉(zhuǎn)影響時后效期火藥氣體對后坐部分的實際等效推力沖量(IT,max)的計算2.6.7 對炮口聲速的統(tǒng)計計算2.6.8 迫擊炮發(fā)射時火藥氣體噴出炮口臨界斷面時炮口聲速C0的大小2.6.9 對迫擊炮和一般火炮炮口聲速方差(中間誤差)的一致性檢驗2.6.10 對迫擊炮和一般火炮炮口聲速平均值一致性檢驗第3章 實測自由后坐數(shù)據(jù)和自由后坐諸元以及炮口裝置性能特征量的計算方法3.1 考慮車輪轉(zhuǎn)動影響對自由后坐實測數(shù)據(jù)的修正計算方法3.1.1 自由后坐車車輪轉(zhuǎn)動對測試數(shù)據(jù)的影響3.1.2 自由后坐車車輪轉(zhuǎn)動對自由后坐參數(shù)的修正計算方法3.1.3 考慮自由后坐車車輪轉(zhuǎn)動對火炮自由后坐參數(shù)的影響3.1.4結(jié)論與建議3.2 自由后坐諸元和運動動能的計算方法3.2.1 膛內(nèi)時期后坐部分自由后坐速度的計算方法3.2.2 膛內(nèi)時期后坐部分自由后坐行程長的計算方法3.2.3 后效期后坐部分自由后坐諸元的計算方法3.2.4 后坐部分運動動能的計算方法3.3 炮口裝置性能特征量的計算方法3.3.1 后效期火藥氣體推力沖量特征量3.3.2 后坐動量相對變化率A的定義式(不考慮炮口裝置質(zhì)量影響)3.3.3 火藥氣體沖量相對變化率 σ的定義式3.3.4 炮口裝置能量效率ηE的定義式3.3.5 炮口裝置3個性能特征量(ηE、σ和λ)之間的關(guān)系3.3.6 后坐動量相對變化率A的計算方法3.3.7 炮口裝置能量效率的計算新方法3.3.8 在自由后坐臺上測定炮口裝置3個性能特征量時的計算方法第4章 火炮自由后坐試驗的工程實踐與應(yīng)用4.1 內(nèi)彈道p-L曲線包絡(luò)面積(炮口動能)大小不是火炮動力學(xué)特性的本質(zhì)因素……第5章 火炮自由后坐計算方法在國武器上的應(yīng)用后記參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：（1）膛內(nèi)時期火藥氣體壓力的作用時間只是毫秒級，不會因為彈丸與后坐部分質(zhì)量差異的增大而改變火藥氣體壓力作為系統(tǒng)內(nèi)力的本質(zhì)，這種內(nèi)力的存在使彈丸與后坐部分產(chǎn)生了典型的反沖現(xiàn)象。采用銅柱測壓法實際測試得到的彈底與膛底壓力產(chǎn)生差異的最本質(zhì)原因是彈丸與后坐部分質(zhì)量差異造成的。在膛內(nèi)時期，假設(shè)后坐部分質(zhì)量與彈丸質(zhì)量相等時，不考慮后坐部分與導(dǎo)軌以及火藥氣體與炮膛之間的摩擦力，忽略從彈炮間隙微量火藥氣體溢出的影響條件下，后坐部分與彈丸將以相等的速度向著相反方向運動。在這種情況下，用銅柱測壓法實際測試得到的彈底與膛底壓力將相等；隨著后坐部分質(zhì)量與彈丸質(zhì)量差異的增加，則實際測試得到的彈底與膛底壓力的差值也將增加。（2）理論與工程實踐均表明，膛內(nèi)時期火藥氣體壓力作為系統(tǒng)內(nèi)力的設(shè)定是完全正確的。在膛內(nèi)時期采用微波干涉儀測量得到的是火藥氣體本身具有的對彈底的壓力，其中最大壓力也是火藥氣體本身具有的對彈底的最大壓力。采用B215電測壓系統(tǒng)測量得到的火藥氣體本身具有的對膛底最大壓力，與微波干涉儀測量得到的火藥氣體本身具有的對彈底最大壓力具有良好的一致性。兩者的試驗結(jié)果表明：將膛內(nèi)時期火藥氣體壓力作為系統(tǒng)內(nèi)力的設(shè)定是完全正確的。同時又看出：采用B215電測壓系統(tǒng)實際測量（在某35mm高炮上）得到的試驗值與火炮發(fā)射時火藥氣體本身具有的壓力也具有良好的一致性。

后記

火炮自由后坐試驗時，由后坐部分、彈丸和火藥氣體組成一個系統(tǒng)，在忽略后坐部分與導(dǎo)軌和火藥氣體與炮膛之間的摩擦阻力以及忽略從彈炮間隙中微量火藥氣體溢出影響條件下，從彈丸啟動至后效期終結(jié)的過程中，系統(tǒng)始終保持發(fā)射前總動量（矢量）等于0不變。該書敘述的火炮自由后坐系統(tǒng)總動量守恒以及后坐部分和彈丸具有的動量的關(guān)系和計算方法，無一不和火藥氣體的動力學(xué)特性發(fā)生關(guān)系，因此將該書的名字定為《火炮發(fā)射火藥氣體動力學(xué)特性與工程應(yīng)用》。1）膛內(nèi)時期在膛內(nèi)時期，系統(tǒng)由后坐部分、彈丸和火藥氣體組成?；鹚帤怏w本身具有的壓力作為系統(tǒng)內(nèi)力，達到最大壓力的時間只是毫秒級，一般火炮膛內(nèi)作用時間也僅有10ms左右，滑膛炮發(fā)射穿甲彈時膛內(nèi)作用時間僅有5ms～6ms，輕武器膛內(nèi)作用時間一般也僅有2ms～3ms。因此，在膛內(nèi)時期火藥氣體本身具有的壓力作用下，使系統(tǒng)中后坐部分與彈丸之間產(chǎn)生了很典型的反沖現(xiàn)象。（1）火藥氣體本身具有的壓力：在火炮發(fā)射時，膛內(nèi)時期火藥氣體的質(zhì)量密度與溫度是隨著彈丸運動時間的變化而變化。因此，火藥氣體本身具有的的壓力，隨著彈丸運動時間的變化而變化。但是，在膛內(nèi)時期每一瞬態(tài)時刻，火藥氣體的質(zhì)量密度與溫度又具有均勻性。因此，在膛內(nèi)時期每一瞬態(tài)時刻，火藥氣體本身具有的壓力對炮膛四周的作用也是均勻分布的。如果否定這一事實，膛內(nèi)時期火藥氣體本身具有的壓力就不能作為系統(tǒng)內(nèi)力而存在。因此，在膛內(nèi)時期火藥氣體本身具有的壓力，在每一瞬態(tài)時刻將始終保持作為系統(tǒng)的內(nèi)力而存在，系統(tǒng)內(nèi)力總是成對出現(xiàn)，作用于后坐部分和作用于彈丸的軸向方向的內(nèi)力是大小相等方向相反，它不能改變系統(tǒng)總動量（矢量）。

編輯推薦

《火炮發(fā)射火藥氣體動力學(xué)特性與工程應(yīng)用》是由國防工業(yè)版社出版的。

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