考虑后座运动的轻型高低压火炮内弹道诸元的计算方法技术

本发明专利技术公布了一种考虑后座运动的轻型高低压火炮的内弹道诸元计算方法，包括：基于几何燃烧定律，建立高压室内的燃烧方程；通过高压室与低压室压力的比值判断流动状态，选择对应的流量方程；建立高压室的能量方程和状态方程；建立低压室能量方程，在原有的能量方程基础上添加后座运动项；建立弹丸运动方程；建立低压室状态方程；根据经验公式，由膛内平均压力求出膛底压力，基于膛底压力建立后座运动方程；以高压室冲破时刻为初始状态，计算初始状态参数；求解得出该工况下的内弹道诸元。本发明专利技术将内弹道能量方程中的次要功系数处理成不含后座能的次要功系数，而将后座动能单独提出一项，使得后座功计算更加准确。使得后座功计算更加准确。使得后座功计算更加准确。

【技术实现步骤摘要】
考虑后座运动的轻型高低压火炮内弹道诸元的计算方法


[0001]本专利技术属于高低压发射技术，具体为一种考虑后座运动的轻型高低压火炮内弹道诸元的计算方法。

技术介绍

[0002]高低压发射是一种将火药燃烧与推动弹丸做功的区域分隔开的发射方式，非常适合装药量较小，膛压和初速较低的发射场景。高低压发射原理如图1所示，当底火击发点燃发射药时，高压室内的发射药起初在密闭空间内定容燃烧，待高压室内压力达到冲破压力时，火药气体冲破内层箔片，通过传火孔进入低压室中，火药气体压力降低，同时推动弹丸加速运动。
[0003]描述高低压发射的内弹道过程需要用两套方程组同时描述高压室中的燃烧过程和低压室中的做功过程，高、低压室的方程组通过流量方程进行耦合。高压室方程组包括：燃速方程、流量方程、能量方程、状态方程；低压室方程组包括：能量方程、弹丸运动方程、气体状态方程。
[0004]在火药气体做功的过程中，其内能不仅转换成弹丸的动能，还会转换成后座动能、燃气动能、热损失等多种形式的次要能量，这些次要能量对内弹道计算的影响通过能量方程中的次要功系数来体现。其中后座动能占总燃气内能的比值与弹炮质量比呈正相关，因此对于轻型火炮而言，其后座动能占发射药燃气总能较大，后座部分的运动速度和运动行程均对发射指标造成直观的影响，同时为保证射击精度和结构的安全性，反后坐装置的设计也尤为重要，而设计反后坐装置，则需要准确描述后座部分的运动状态，以制定后座制动图。
[0005]在对传统内弹道模型的解算中，通过牛顿第二定律和龙格库塔法求解弹丸运动的速度，又将该速度视为弹丸与炮管的相对速度，将该速度的积分视为弹丸与炮管的相对行程，求取弹后空间，进而代入气体状态方程，后座部分运动的影响通过次要功系数对能量方程的修正体现。而对于轻型火炮而言，弹丸与后座部分质量在同一数量级，这种计算方法会带来较大的误差。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中的上述技术缺陷，本专利技术提出了一种考虑后座运动的轻型高低压火炮内弹道诸元的计算方法。
[0007]实现本专利技术目的的技术方案为：一种考虑后座运动的轻型高低压火炮内弹道诸元的计算方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1：以几何燃烧定律为基础建立高压室内火药燃速方程；
[0009]步骤2：对高低压室内压强比值进行判断，选择流量方程；
[0010]步骤3：建立高压室内能量方程、状态方程；
[0011]步骤4：在原有低压室能量方程中添加后座运动项，将后座速度引入内弹道方程组
中，以不包括后座动能的次要功系数代替原次要功系数，改写低压室能量方程；
[0012]步骤5：建立弹丸运动方程；
[0013]步骤6：计算弹后空间时考虑后座运动，改写低压室状态方程；
[0014]步骤7：利用经验公式将平均压力换算成膛底压力，建立后座部分运动方程；
[0015]步骤8：以高压室冲破时为初始状态，计算初始状态参数；
[0016]步骤9：采用龙格库塔法编写Matlab程序，对燃速方程、流量方程、高压室能量方程、高压室状态方程、低压室能量方程、低压室状态方程、弹丸运动方程、后座运动方程进行解算，获得不同工况下的膛压和弹丸速度曲线。
[0017]优选地，建立的高压室内火药燃速方程具体为：
[0018][0019][0020]式中，Z为相对厚度，ψ为火药燃烧百分比，χ、λ为火药形状特征量，u1为燃速系数，e1为药厚，p1为高压室压力，n为燃速指数。
[0021]优选地，当低压室压力与高压室压力之比时，流动处于临界状态，流量方程为：
[0022][0023]式中，η为相对流量，v
j
为弹丸极限速度，S
j
为传火孔总面积，f为火药力，ω为装药量，τ1为高压室相对燃烧温度，p1为高压室压力，为高压室压力，k为比热比，θ＝k
‑
1，为流量修正系数，为除去后座功的次要功系数，m为弹丸质量；
[0024]当时，流动处于非临界状态，流量方程为：
[0025][0026]式中，p2为低压室压力.
[0027]优选地，高压室内能量方程为：
[0028][0029]高压室内状态方程为：
[0030][0031][0032]式中，η为相对流量，ψ为火药燃烧百分比，V
ψ
为药室自由容积，V0为高压室容积，ρ为火药密度，α为火药气体的余容比，f为火药力，ω为装药量，τ1为高压室相对燃烧温度，θ＝k
‑
1，k为比热比。
[0033]优选地，步骤4改写后的低压室能量方程为：
[0034][0035]式中，为除去后座功的次要功系数，m
h
、v
h
分别为后座部分质量和速度，τ2表示低压室相对燃烧温度，f为发射药的火药力，ω为装药质量，v为弹丸的绝对速度，η为相对流量，θ＝k
‑
1，k为比热比，τ1为高压室相对燃烧温度。
[0036]优选地，步骤5建立的弹丸运动方程具体为：
[0037][0038][0039]式中，为除去后座功的次要功系数，v为弹丸绝对速度，m为弹丸质量，l为弹丸运动行程，p2为低压室平均压力。
[0040]优选地，步骤6改写后的低压室状态方程为：
[0041]Sp2(l0+l
h
+l)＝fωτ2η
[0042][0043]式中，l0、l
h
和l分别代表药室容积缩颈长、后座行程和弹丸行程，S为炮膛截面积，p2为低压室压力，α为发射药余容，η为火药燃气的相对流量，f为火药力，ω为装药量。
[0044]优选地，步骤7根据弹后气体一维线性分布假设和膛内平均压力计算出膛底压力，并建立后座运动方程，将后座运动方程与内弹道方程耦合起来，后座运动方程为：
[0045][0046][0047]式中，p
t
代表膛底压力，m
h
、v
h
分别为后座部分质量和速度，l
h
为后座行程，f
s
为后座阻力，S为炮膛截面积。
[0048]优选地，以高压室冲破时为初始状态，计算初始状态参数：
[0049][0050][0051]式中，Z0、ψ0、p0分别为初始时刻的药柱相对燃烧高度、火药燃烧百分比和高压室压力，f为火药力，ω为装药量，α为发射药余容，ρ为火药密度。
[0052]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：本专利技术采用内弹道
‑
后座耦合计算方法，在弹丸与火炮质量相近时，计算更准确，并且在得到内弹道诸元的同时还可得出后座速度和行程随时间变化的曲线，为缓冲器的设计提供依据。
[0053]本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑后座运动的轻型高低压火炮内弹道诸元的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：以几何燃烧定律为基础建立高压室内火药燃速方程；步骤2：对高低压室内压强比值进行判断，选择流量方程；步骤3：建立高压室内能量方程、状态方程；步骤4：添加后座运动项，将后座速度引入内弹道方程组中，改写低压室能量方程；步骤5：建立弹丸运动方程；步骤6：计算弹后空间时考虑后座运动，改写低压室状态方程；步骤7：利用经验公式将平均压力换算成膛底压力，建立后座部分运动方程；步骤8：以高压室冲破时为初始状态，计算初始状态参数；步骤9：采用龙格库塔法编写Matlab程序，对燃速方程、流量方程、高压室能量方程、高压室状态方程、低压室能量方程、低压室状态方程、弹丸运动方程、后座运动方程进行解算，获得不同工况下的膛压和弹丸速度曲线。2.根据权利要求1所述的考虑后座运动的轻型高低压火炮内弹道诸元的计算方法，其特征在于，建立的高压室内火药燃速方程具体为：征在于，建立的高压室内火药燃速方程具体为：式中，Z为相对厚度，ψ为火药燃烧百分比，χ、λ为火药形状特征量，u1为燃速系数，e1为药厚，p1为高压室压力，n为燃速指数。3.根据权利要求1所述的考虑后座运动的轻型高低压火炮内弹道诸元的计算方法，其特征在于，当低压室压力与高压室压力之比时，流动处于临界状态，流量方程为：式中，η为相对流量，v
j
为弹丸极限速度，S
j
为传火孔总面积，f为火药力，ω为装药量，τ1为高压室相对燃烧温度，p1为高压室压力，为高压室压力，k为比热比，θ＝k
‑
1，为流量修正系数，为除去后座功的次要功系数，m为弹丸质量；当时，流动处于非临界状态，流量方程为：式中，p2为低压室压力。4.根据权利要求1所述的考虑后座运动的轻型高低压火炮内弹道诸元的计算方法，其特征在于，高压室内能量方程为：
高压室内状态方程为：高压室内状态方程为：式中，η为相对流量，ψ为火药燃烧百分比，V
ψ
为药室自由容积，V0为高压室容积，ρ为火药密度，α为火药气体的余容比，f为火药力，ω为装药量，τ1为高压室相对燃烧温度，θ＝k
‑
1，k为比热比。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金相，孔令权，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：