基于反应气体爆轰驱动的三级轻气炮炮口速度计算方法技术

一种基于反应气体爆轰驱动的三级轻气炮炮口速度计算方法，该方法通过量纲分析，基于影响三级轻气炮炮口速度的各种因素，构建量纲关系式；根据该量纲关系式，建立用于三级轻气炮炮口速度计算的经验公式；之后通过试射试验和速度测量，获取不同条件下的若干组具体数值，解算经验公式中的待定常数。该经验公式即可用于根据各种因素来计算弹丸的炮口速度。该方法基于量纲关系建立了三级轻气炮口速度计算公式，方法简便高效，能够为三级轻气炮的设计和优化提供参考。计和优化提供参考。计和优化提供参考。

【技术实现步骤摘要】
基于反应气体爆轰驱动的三级轻气炮炮口速度计算方法


[0001]本专利技术涉及一种弹丸的炮口测速领域，特别涉及一种用于测量基于反应气体爆轰驱动的三级轻气炮炮口速度的计算方法。

技术介绍

[0002]超高速发射轻气炮装置中轻气炮应用较广，它推动弹丸是利用高温下低分子量气体工质膨胀做功的特点来实现的，它与传统火炮相比增大了气体逃逸速度，减小了气体声惯性，弹丸获得超高速度后进行撞击试验。反应气体推动的轻气炮能量的来源是反应气体爆轰反应释放的能量，随后反应气体推动活塞并通过活塞压缩菜管管里的工作气体，达到一定压力后，最终轻质气体膨胀做功，推动弹丸运动获得超高速。而三级轻气炮是在二级轻气炮的基础上加入一级泵管，缩小了泵管级与级之间的口径比，提高轻气炮的能量传递效率，能够进一步提高弹丸的速度。
[0003]对于实际应用而言，气炮系统的发射特性是必须获取的数据，关系到系统的整体设计和优化。

技术实现思路

[0004]本公开提供一种基于反应气体爆轰驱动的三级轻气炮炮口速度计算方法，通过实验确定反应气体驱动三级轻气炮气体装填参数与弹丸速度的关系，并通过数值方法对三级轻气炮活塞及弹丸的内弹道特性进行计算，获取相关参数，以期为反应气体驱动三级轻气炮技术优化和应用提供参考。
[0005]本公开提供的基于反应气体爆轰驱动的三级轻气炮炮口速度计算方法，包括以下步骤：S1，根据影响三级轻气炮炮口速度的各种因素，包括：充入气体的气压、一级泵管内径、二级泵管内径、发射管内径、弹丸质量、一级活塞质量以及二级活塞质量，建立炮口速度和影响因素之间的量纲关系式；S2，基于该量纲关系式，建立用于三级轻气炮炮口速度计算的经验公式；S3，通过试射试验和测速，获取若干组不同条件下的具体数值，解算出经验公式中的待定常数；该经验公式即可用于计算三级轻气炮弹丸的炮口速度。
[0006]进一步的，所述步骤S1具体包括：根据量纲分析原理，将充入气体的气压替换为反应气体的化学能，将弹丸速度替换为弹丸动能，建立弹丸动能和它的影响因素之间的关系式：其中，为反应气体化学能，为一级泵管内径，为二级泵管内径，为发射管内径，为弹丸质量，为一级活塞质量，为二级活塞质量；
将，，三个量作为基本量，上述关系式进一步表示为：；考虑二级活塞的质量远小于一级活塞的质量，即有，忽略，得到最终的关系式：。
[0007]进一步的，所述步骤S2得到的经验公式为：；其中，为待定常数。
[0008]进一步的，所述反应气体包括：氢气和氧气。
[0009]进一步的，所述步骤S3的具体方法包括：在试验容器中充入一定的氢气；测量试验容器中气体的压强，计算气体的分子数量及其带来的化学能；通过试射实验，测量弹丸的出口速度；利用以上方法，获取，，，，，，，至少三组典型数值，根据这些数值解算的值。
[0010]进一步的，所述化学能的计算方法包括：利用理想气体状态方程pV=nRT，通过测量试验容器中氢气的压强，确定氢气的分子数量n；根据每摩尔的氢气燃烧产生的热量值，得到试验容器中气体的化学能。
[0011]进一步的，最终得到的经验公式包括：。
[0012]与现有技术相比，本公开的有益效果是：（1）基于量纲关系和示例值的获取建立了三级轻气炮气体装填参数与弹丸速度的关系；（2）简化了炮口速度的计算，提高了计算效率；（3）能够为三级轻气炮的设计和优化提供参考；（4）具有良好通用性。
附图说明
[0013]通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0014]图1显示根据本公开的示例性实施例流程图。
具体实施方式
[0015]下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的
优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0016]本公开提供了一种基于反应气体爆轰驱动的三级轻气炮炮口速度计算方法：基于量纲分析，根据影响到三级轻气炮炮口速度的各种因素，建立一个量纲关系式，之后通过具体的数值来得到一个经验公式，根据这个公式，就可以根据各种因素来计算弹丸的炮口速度。流程如附图1所示，包括以下步骤：（1）构建计算三级轻气炮炮口速度的量纲关系式影响三级轻气炮炮口速度的因素有：充入气体的气压，一级泵管内径，二级泵管内径，发射管内径，弹丸质量，一级活塞质量以及二级活塞质量。这里，将充入气体的气压替换为反应气体的化学能，同时将弹丸速度也替换为弹丸动能。影响弹丸动能的因素有：反应气体化学能，一级泵管内径，二级泵管内径，发射管内径，弹丸质量，一级活塞质量，二级活塞质量，有关系式：；将，，三个量作为基本量，可得：；由于二级活塞的质量要远远小于一级活塞的质量，即有，因此忽略，所以，最终的关系式为：。
[0017]（2）描述各无量纲参数之间关系的经验公式为：；（3）下面通过具体数值计算出参数的数值。
[0018]气体反应存在燃烧、爆轰等情况。在燃烧情况下，由于燃烧火焰阵面的传播速度较慢，反应室内燃气压力取决于膜片的破膜压力，膜片的强度越强，破膜压力越高，燃烧越接近完全，燃气压力和温度亦越高；与燃烧情况不同，自持爆轰不受外界因素影响，爆轰驱动强度与膜片的强度无关，即以爆轰波阵面为间断面，反应室气体爆轰波前压力和温度保持初始状态，直至爆轰波阵面到达膜片使膜片破裂，膜片强度对气体参数不产生影响，膜片仅起到气体加注过程中的密封作用。在反应气体爆轰驱动的二级轻气炮中氢气和氧气以反应当量比混合，在高能热爆丝点火条件下形成爆轰。基于此，在反应室气体状态计算中采用以下近似处理：（1）气体反应完成前，反应室膜片保持完整，反应室气体反应完成后，膜片瞬间破裂；（2）反应室破膜后，高温高压气体以等熵膨胀方式推动活塞；（3）工质气体不参与反应。
[0019]本公开中的公式中需要得到充入反应气体的化学能，一般轻气炮中所用的反应气体为氢气和氧气，其反应公式为：
每摩尔的氢气燃烧所释放的热量为282千焦，即2.82
×
10^5J/mol。
[0020]理想气体的定义为：理想气体是人们对实际气体简化而建立的一种理想模型。理想气体具有如下两个特点：
①
分子本身不占有体积；
②
分子间无相互作用力。实际应用中把温度不太低（即高温，超过物质的沸点）、压强不太高（即低压）条件下的气体可近似看作理想气体，而且温度越高、压强越低，越接近于理想气体。本公开的工况中气室气压一般在5MPa左右，可以近似的认为其为理想气体，能够用下面所述的状态方程进行计算。
[0021]理想气体的状态方程为：式中，p为压强，V为气体体积，n为气体分子数量，R为普适气体常数，其取值与状态参量的单位有关，在国际单位制中R=8.31J/(mol本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于反应气体爆轰驱动的三级轻气炮炮口速度计算方法，包括以下步骤：S1，根据影响三级轻气炮炮口速度的各种因素，包括：充入气体的气压、一级泵管内径、二级泵管内径、发射管内径、弹丸质量、一级活塞质量以及二级活塞质量，构建炮口速度和影响因素之间的量纲关系式；S2，基于该量纲关系式，建立用于三级轻气炮炮口速度计算的经验公式；S3，通过试射试验和测速，获取经验公式中各项参数在不同条件下的若干组具体数值，解算出经验公式中的待定常数；该经验公式即可用于计算三级轻气炮弹丸的炮口速度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：根据量纲分析原理，将充入气体的气压替换为反应气体的化学能，将弹丸速度替换为弹丸动能，建立弹丸动能和它的影响因素之间的关系式：其中，为反应气体化学能，为一级泵管内径，为二级泵管内径，为发射管内径，为弹丸质量，为一级活塞质量，为二级活塞质量；将，，三个量作为基本量，上述关系式进一步表示为：；...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐金龙，张庆明，龙仁荣，陈利，任健康，胡鑫，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：