基于长尾管的120mm迫射增程发动机设计(3)

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（2）火箭助推法：火箭增程是利用火箭发动机向后高速喷出燃气流而产生一个向前推力,以达到增大射程的目的,利用火箭增程弹增大射程,可以在不改变发射条件的情况下增加射程,而且可使炮重保持不变,特别是在原有火炮上增加射程,使用火箭增程弹更为合适。但是火箭增程的主要缺点是发动机占用的空间、重量较大,减小了弹丸战斗部的尺寸,并降低了弹丸终点效应。另外对弹丸密集度也有很大影响。

（3）降低弹丸气动阻力法：早期弹药的圆柱部较长,弹头部较短,弹形系数较大,而现在研制的弹丸多设计成流线型:弹头部加长,有的圆柱部很短,大大降低了弹形系数,与此同时有的还采用底凹技术,使来自弹底的阻力大大减小,提高了存速能力,使弹九能飞行到更远距离。从十七一世纪前半期到现在,从没有停止过研究减小阻力的方法,而且不断取得进展,射程不断取得提高,采用近代旋转榴弹之后,最初以43年阻力定律为基准的弹形系数为1.0到1.2,后来减小到0.85左右,相继又减小到0.75左右。目前,最好的弹形系数减至0.5到0.6,阻力减小近50%。

（4）弹底排气技术：相比之下,底排技术显得历史短一些,弹丸飞行时,文献综述在弹丸后部形成低压区,产生底部压力,且底阻所占总阻比例相当可观,如果能有效降低底阻就可以达到减阻增程的目的。底排弹与其他增程方式相比有以下优点:有较高的增程率;增加撞击动能;减小飞行时间;由于底阻减小,如果保持存速不变,可降低初速,降低炮口动能,从而增强武器的机动性。瑞典的弹药学家在60年代首先推出了底部排气技术,弹九底部排气与火箭增程有本质上的不同,底部排气是利用排出的低速气体来填充弹体局部真空区,增加底部压力,以减小底部阻力,弹丸速度不会因此而有所增加,弹却提高了存速能力。由于底排药剂燃烧速度低,在相同的装药厚度下,底排燃烧时间是火箭燃烧时间的好几倍,甚至几十倍,但底排作用的增程效果也是有限的。

（5）复合增程法：火炮各种增程方法在弹炮系统总体设计时往往要进行综合考虑,采用几种方法相互补充,达到要求的战技指标。从优化设计的角度考虑,任何一种火炮系统考虑达到最大射程的参数选择,都有复合增程的设计思想,对各种增程弹,初速、弹形、增程硕士论文底排火箭复合增程弹射程优化研究方式都有一个合理匹配的问题。底排火箭复合增程弹基于这样的设计思想。弹丸在空气密度很大的空间加速,速度增加很快,空气阻力也增加很快,将损失较多速度。如果在空气密度较大的区域保持低阻力,使速度损失很小,使弹丸进入空气密度较小的区域再加速,可以使增程率更高,在这一思想指导下,出现了底排火箭复合增程弹。底排火箭复合增程法既避免了火箭增程弹在弹道起始段上的火箭助推使散布比普通榴弹大许多和大量火箭装药可使弹丸威力大幅度降低的缺点,又弥补了底部排气方法在弹道起始段以后减阻增程效果越来越小的毛病,因此它代表着新一代增程弹的发展方向。底排火箭复合增程弹,开始是底排工作,到一定弹道高度后,火箭发动机再开始工作,全弹道分为三段,底排增程段、火箭增程段和被动段。底排火箭复合增程技术能使射程比单一增程都大,但它具有底排增程和火箭增程技术的缺点,如:结构复杂、增加了弹长、弹重、威力减低、密集度降低、稳定性下降[3,4,5]。

1.3 火箭增程炮弹的关键技术及增程发动机的特点

火箭增程弹的关键技术是火箭增程发动机的设计。由于增程用的火箭发动机是在高过载环境下使用，这种特殊的使用条件使得在设计火箭发动机时必须解决高过载条件下的发动机结构设计和装药设计，以及延时点火技术等问题。增程火箭发动机结构设计的主要任务是保证发动机在火炮发射时的高过载条件下，在或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、刚度。除了发动机本身的结构材料选择和结构形式外，还应考虑弹体质量、发动机在弹体中的位置等因素，这些因素往往是相互关联、相互影响的。增程发动机结构强度设计主要应考虑三种基本受力情况：高过载条件下轴向挤压时的结构强度；发动机结构全部或部分裸露在火炮高膛压环境下受外压作用的结构强度；发动机工作时受内压作用时的结构强度。前两种情况是同时出现的，因此进行发动机设计时应考虑轴向惯性力产生的挤压和膛内高压燃气外压的共同作用。一般情况下，发动机工作时燃烧室内最大压力对结构强度的要求较之轴向惯性力以及火炮膛压要小得多，因此发动机工作压力在进行强度设计时仅作为参考。在火炮发射增程弹药时，增程发动机中的装药也不可避免的受到药柱本身的惯性过载力的作用。对于等截面药柱而言，这种作用力在药柱的后端面处最大。由于火药的抗压强度仅有几十兆帕，因此装药的抗过载能力是增程发动机抗过载能力中最薄弱的一个环节，增程发动机装药设计工作的重心应当是周围提高装药的抗过载能力这个中心任务而展开[1]。