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4.6本章小结32
5总结与展望33
5.1工作总结33
5.2问题与展望..33
致谢.35
参考文献.36
1 绪论 1.1 研究目的和意义 轻气 炮 是一种采用高温低 分 子量的气体膨胀做功的方法来推动弹丸， 从而使弹丸获得相当高的速度发射系统。它是一种特别通用的高速发射和高压加载工具，这是由于它能发射各种形状和质量的弹丸，对于弹丸的质量、尺寸和材料要求不高，因此它的应用领域比较广泛。它最突出的优点是:弹丸在承受较低的加速度和较小应力的情况下能获得高速度[1]。 对于一 般 火炮而言，由于火药气体分子量较大，限制了弹丸的最大速度，所以为了使弹丸获得更高的速度，可以考虑选择小分子量、高声速、γ值小的气体作为工作介质。在这种指导思想下，美国国家实验室(NRL)研制了一级轻气炮。但是，在一级轻气炮发射过程中，随着弹后空间的增加源]自=751-·论~文"网·www.751com.cn/ ，弹丸底部气室平均压力逐渐减小，作用在弹丸底部的气体压力也逐渐下降，使弹丸初速不能有更大的突破。如果能够探索到一种驱动气体的工作模式，既可以提高弹底压力又可以使弹丸底部平均工作压力保持较长的作用时间，将可以大幅度的提高弹速。因此，在一级轻气炮的基础之上，为了改善弹底工作气体压力与时间的关系，提出了二级轻气炮的结构方案[2]。从 20 世纪 40 年代末到 60 年代中期，这种高温低分子量气体的发射系统，在实验室内进行超高速发射研究已包括了现今研究工作中的碰撞问题，并得到了一定的成果。轻气炮技术的应用范围越来越广泛，最常见的研究内容有: (1)研究高速和超高速碰撞的终点效应，如陨石碰撞;导弹、宇宙飞船以及人造卫星可能经受陨石和空间碎石群撞击的情况等等； (2)研究冲击波的产生和衰减规律，以及由冲击波引起的材料的动态力学性能，包括材料在冲击波作用下的动态屈服强度、层裂强度、相变;高温高压下材料的剪切模量、体积模量等等； (3)研究材料的高压物态方程和低压本构关系，包括利用轻气炮测量材料的冲击绝热曲线和等熵压缩线等等； (4)研究材料在冲击压缩下的光谱，以及气体在高温高压下的辐射输运系数等等；(5)研究材料在高温高压下的电磁性能，如电导率的变化规律等； (6)研究透明或非透明材料在高温高压下的熔化特征，冲击波温度的测量等； (7)研究炸药的冲击引爆规律以及炸药的分解反应等等； (8)研究地球深部的物理现象； (9)研究弹丸气动力弹道学和终点弹道学，也用于特种材料在高温碰撞条件下的力学性能的研究但是，目前的实验研究一般是在特定结构参数的二级轻气炮上进行，参数的变化范围受到一定的限制。因此利用计算机仿真手段再现二级轻气炮的内弹道过程，分析不同装填条件对发射性能的影响，这对二级轻气炮的设计和性能优化具有重要意义。
1.2 轻气炮国内外研究概况 1.2.1轻气炮国外研究状况 1948 年，美国新墨西哥州矿业学校第一次成功地完成了二级轻气炮的发射，将一个轻质球加速到 4.3km/s。随后，美国、加拿大、英国和法国以及我国一些单位陆续建立了气体炮设备。有了这种类型的弹丸发射装置，使弹丸的运动速度超过 10km/s 以上成为可能文献综述，因此得到了广泛的应用。其中，美国的海军机械研究所 （NOL） 和通用汽车公司 （GM） 将近1008弹丸加速到 8km/s;海军研究所 （NRL）将0.2g弹丸加速到11.6km/s，达到第二宇宙速度的惊人结果。随着时间的发展，二级轻气炮技术己鲜为人知，并在此基础上发展了各种型号的气体炮，而且高科技的测量方法也可以准确地反映弹丸发射的全部过程[3]。 上 世 纪 6 0 年 代 以 来 ，二级轻气炮主要用来解决载入弹头中的气动设计问题。1989 年西方国家正式提出国家级的超高速气动物理设备建设的方案，即 AHAF ( Advanced Hypervelocity Facility)计划。AHAF(缩比模型)主要参数是:重量10kg、直径0.3-0.5m、长度0.9-1.5m、发射器长度 150-300m，模型速度第一阶段 6km/s 利用现有二级轻气炮技术;第二阶段 12-15km/s，采用二级轻气炮和冲压加速器相结合的技术。AHAF 计划虽然一次性投入较大，但所建立的国家飞行实验可以大大减少全尺寸飞行实验次数，减小型号研制风险，并可积累弹头设计经验加速研制过程，因此总体来说是经济的[4]。