斜切喷管的120mm迫射增程发动机设计(2)

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4．5本章小结.37

结论.38

致谢.39

参考文献..40

1 引言为满足现代战争的需要，世界各国都在对常规武器进行改进和升级，使其发挥更大的效能。在常规兵器中，迫击炮因为结构简单，重量轻，机动灵活，杀伤威力大和成本较低而被广泛应用[1]。但迫击炮也存在射程近，精度低的固有弱点。减轻迫击炮的重量和提高迫弹的射程已成为适应未来高技术战争的基本要求。改进炮的结构，采用新的材料可以提高迫击炮的射程，扩大应用范围，减轻武器系统的重量。在迫击炮武器系统的改进中，相比炮的改进，对弹药的改进效果更加明显。其中采用末制导提高炮弹的攻击精度，使用火箭增程提高射程都是对弹药增程的有效方法。 1．1 迫击炮弹增程为了提高拍击炮弹的射程，使炮弹能在更广的范围内发挥作用，国内外正积极探研究索切实可行的方法。以下简要介绍几种迫弹增程途径。
1.1.1 次口径弹丸增程次口径即弹丸实际尺寸小于火炮口径的直径[2]。在弹丸发射时采用弹托而非传统的靠弹体或密封环来密封火药气体。通过这种方式来提高迫击炮的射程。设计时采用合理的次口径比是关键。次口径比较大时，射程增加明显，但弹药的威力也较大程度的下降。次口径比较小时射程增加较小，很难满足增程要求。同时可以采用预制破片或钢珠来弥补弹丸威力的损失。另外弹托材料的选取与设计也值得关注。为保证弹托在出炮口之前不破坏，出炮后迅速脱离弹体，弹托需要较高的强度，且一般开有断裂槽。弹托材料可选择高强度塑料或塑料+金属的组合。采用次口径方法增程没有用火箭发动机增程效果明显，但技术简单易行，经济成本低，有一定的发展前景。
1.1.2 底排/复合火箭增程[3,4] 火箭增程技术，即在常规的炮弹上装置火箭发动机。这种装有火箭发动机的炮弹在飞离炮口一定距离后火箭发动机开始点火工作，使炮弹再次获得一个轴向的推力，从而达到增大射程的目的。弹丸出炮口后在空气密度很大的低空飞行时空气阻力大，源]自{751·~论\文}网·www.751com.cn/ 底阻占全部空气阻力的比例也较大，因此在弹丸初始段采用底部排气减阻增程，在空气阻力最大的时候大幅度的减少底阻，从而使弹丸的动能损失减少[5]。当弹丸进入高空时，空气密度迅速减小，使用底排减阻增程的效果不再明显，此时再用火箭发动机加速，就可获得较远的射程[6,7]。底排的点火时间和工作时间、火箭的点火和工作时间[8]、弹丸的气动外形及质量衰减等因素都会对复合增程弹的飞行弹道产生影响，其直接效果就是增程率的变化。在底排/火箭复合增程弹的总体方案设计时必须很好地考虑和协调这些影响因素，以便获得最佳的增程效果[9]。由于增程用的火箭发动机是在高过载情况下使用，这种特殊的使用环境，应保证发动机在火炮发射时的高过载条件下，在火炮高膛压作用下以及在发动机点火工作时燃烧室内高温高压气体作用下发动机的结构有足够的强度[10,11]、刚度[12,13]。在推进剂选择、药形设计[14,15]、缓冲措施及缓冲结构设计、药柱支撑装置设计等方面应围绕提高装药的抗过载能力这个中心任务展开[16,1 7]。
1．2 发动机装药设计采用火箭技术增程，需要对火箭发动机进行设计。而进行装药设计是火箭发动机设计的首要工作，也是总体设计的主要组成部分。装药设计即根据火箭发动机设计所提出的战术技术要求，确定火箭发动机合理的装药形状、尺寸以及相应质量。装药是发动机的能源，它的几何形状和尺寸决定了发动机的燃气生成率及其变化规律，从而决定了发动机的推力、压强随时间的变化规律[18,19]。并且装药体积决定了燃烧室的容积和发动机的重量。因此良好的装药形状和尺寸很大程度上决定了发动机的内弹道性能和质量指标。 1.2.1 装药设计基本要求装药设计应满足以下基本要求[20]：（1）具有规定的能量，以保证发动机具有规定的总冲量。（2）具有规定的燃烧面积或总燃层厚，以保证发动机具有规定的推力或工作时间。（3）能够恒面性燃烧，从而获得等推力、等压力的工作过程。（4）通气参量不超过临界值，以保证推力波动小和不产生过大的压力峰。（5）装填系数尽量高，余药系数尽量低，使发动机的结构质量小，重量比冲和体积比冲高。