超高射頻火炮內(nèi)彈道性能參數(shù)一致性研究.pdf

1、超高射頻火炮可以在極短時間內(nèi)發(fā)射大量彈丸，形成火力密度高、落點相對集中的彈幕，對于我軍近程防御系統(tǒng)、反襲擊和區(qū)域封鎖武器系統(tǒng)的發(fā)展具有重大意義，但是超高射頻火炮的發(fā)展還需要攻克一些技術(shù)難題，其中之一是“內(nèi)彈道性能參數(shù)一致性技術(shù)”。本文以某小口徑超高射頻火炮為背景，通過理論分析和數(shù)值模擬，深入地研究了超高射頻火炮彈藥結(jié)構(gòu)、身管內(nèi)不同發(fā)射次序彈丸的行程差異、射擊頻率以及膛口流場對內(nèi)彈道性能參數(shù)一致性的影響，得到的結(jié)論和方法可以為超高射頻火炮

2、的研制工作提供理論指導(dǎo)。具體內(nèi)容總結(jié)如下:
　　a)建立了彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮經(jīng)典內(nèi)彈道模型，使用四階Runge-Kutta算法，編制了經(jīng)典內(nèi)彈道計算程序，在實驗數(shù)據(jù)驗證計算程序模擬結(jié)果可信的基礎(chǔ)上，計算了不同發(fā)射時間間隔、不同裝填條件下的3發(fā)彈丸彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮內(nèi)彈道過程，得到了發(fā)射時間間隔、裝填條件變化對各發(fā)彈丸內(nèi)彈道性能的影響規(guī)律，結(jié)合使用內(nèi)彈道計算程序和定量修正公式，較為簡單方便地得到了超高射頻火炮串聯(lián)發(fā)射的內(nèi)

3、彈道性能參數(shù)一致性校正結(jié)果。
　　b)建立了彈藥整裝式超高射頻火炮的經(jīng)典內(nèi)彈道模型，編制了數(shù)值模擬程序，分別模擬了3發(fā)彈丸不同發(fā)射時間間隔和裝填條件下的串聯(lián)發(fā)射內(nèi)彈道過程，得到了發(fā)射時間間隔、裝填條件變化對各發(fā)彈丸內(nèi)彈道性能的影響規(guī)律，結(jié)合使用經(jīng)典內(nèi)彈道計算程序和定量修正公式，較為簡單方便地得到彈藥整裝式超高射頻火炮串聯(lián)發(fā)射的內(nèi)彈道性能參數(shù)一致性校正結(jié)果，但是整裝式彈藥的結(jié)構(gòu)特性降低了火藥氣體的做功效率，浪費了發(fā)射藥能量，從串聯(lián)發(fā)

4、射內(nèi)彈道性能和內(nèi)彈道性能參數(shù)一致性校正結(jié)果優(yōu)劣的的角度來說，不是一個很好的彈藥設(shè)計方案。
　　c)分析了現(xiàn)有的彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮彈丸定位技術(shù)及其優(yōu)缺點，選擇了彈藥結(jié)構(gòu)最接近常規(guī)彈丸的彈丸摩擦自鎖定位方案進(jìn)行定位性能研究。通過對彈丸自鎖定位結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析論證、有限元模擬驗證了彈丸自鎖定位方案的可行性，得到了最大摩擦系數(shù)、止退環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù)等參數(shù)變化對定位性能的影響規(guī)律，確定了能夠?qū)崿F(xiàn)可靠定位的彈丸自鎖定位方案彈藥結(jié)構(gòu)的具體尺寸參

5、數(shù)，為彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮的兩相流內(nèi)彈道數(shù)值模擬提供了可信的計算初始條件，減小彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮兩相流內(nèi)彈道模型建立和數(shù)值模擬的難度和工作量。
　　d)為了更加精確地研究彈前火藥氣體運動過程對彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮內(nèi)彈道過程的影響和極限情況下兩發(fā)彈丸同時在身管內(nèi)的運動過程，以得到更準(zhǔn)確的各發(fā)彈丸內(nèi)彈道性能參數(shù)一致性校正結(jié)果，建立了彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮彈后膛內(nèi)和彈前空間的兩相流模型，兩者通過彈丸運動緊密耦合，使用Ma

6、cCormark差分格式，編制了兩相流內(nèi)彈道計算程序，在實驗數(shù)據(jù)驗證計算程序模擬結(jié)果可信的基礎(chǔ)上，計算了不同發(fā)射時間間隔、不同裝填條件下的3發(fā)彈丸彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮內(nèi)彈道過程，得到了發(fā)射時間間隔、裝填條件變化對各發(fā)彈丸內(nèi)彈道性能的影響規(guī)律，并且知道導(dǎo)致經(jīng)典內(nèi)彈道模型和兩相流內(nèi)彈道模型計算結(jié)果存在較大差異的主要原因是兩種內(nèi)彈道模型計算得到的彈頭壓力和彈前壓力差異很大。結(jié)合使用兩相流內(nèi)彈道計算程序和定量修正公式，可以得到發(fā)射時間間隔較

7、大時的超高射頻火炮串聯(lián)發(fā)射內(nèi)彈道性能參數(shù)一致性校正結(jié)果，但是發(fā)射時間間隔較小時，只能校正各發(fā)彈丸炮口速度一致，并盡量降低后兩發(fā)彈丸的最大膛底壓力，但是后兩發(fā)彈丸的最大膛底壓力無法降至與第1發(fā)彈丸的最大膛底壓力一致。兩相流內(nèi)彈道模型和經(jīng)典內(nèi)彈道模型計算的彈頭壓力和彈前壓力差異較大，導(dǎo)致基于兩種內(nèi)彈道模型的一致性校正方案差異很大，其中兩相流內(nèi)彈道模型的計算結(jié)果更加準(zhǔn)確。
　　e)為了研究彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮串聯(lián)發(fā)射時膛口流場對各發(fā)

8、彈丸初速一致性的影響，建立了考慮初始流場、耦合經(jīng)典內(nèi)彈道模型的彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮彈丸串聯(lián)發(fā)射膛口流場計算流體動力學(xué)模型，使用有限體積法計算了不同發(fā)射時間間隔的兩發(fā)彈丸串聯(lián)發(fā)射的膛口流場發(fā)展過程，發(fā)現(xiàn)影響彈丸出炮口后速度增加量的主要因素是彈丸的炮口壓力大小，炮口壓力可以作為彈丸出炮口后速度增量的判斷依據(jù)，不同發(fā)射次序彈丸的炮口壓力不一致，使得出炮口后的速度增加量不同，可在超高射頻火炮內(nèi)彈道設(shè)計時配合炮口壓力予以提前修正，以盡量使不同