液体发射药火炮技术国内外研究现状和发展趋势

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液体发射药火炮是一种极具发展前途的新概念火炮，国外液体发射药火炮技术的研究工作大体有四方面—液体发射药研究;再生喷射技术研究；点火、燃烧以及内弹道控制技术研究；火炮系统的总体技术研究。国外从事液体发射药火炮技术研究的国家主要有美国、英国、法国、德国、俄罗斯等。60592

美国是最早开展液体发射药火炮研究的国家。纵观美国40多年液体发射药火炮发展的历史，基本研究方案主要有三种;即整装式、外力喷射式和再生喷射式。所谓整装式方案，是将液体药连同弹丸一起装入火炮的药室，类似于固体发射药装填方式。外力喷射式方案，需要一个外部高压伺服机构来完成液体药的喷射。再生喷射式方案，是将燃烧室压力通过差动活塞增大，并施加于贮液室中的液体药，使其超过燃烧室压力，实现液体药向燃烧室的喷射，其所用的液体药有两大类：单元药和双元药。双元药又区分为自燃和非自燃两种。目前美国研制的以硝酸经胺〔HAN)为基的单元药(LP1845,LP1846)综合性能最好，是西方各国八十年代以来的主要液体发射药。

美国在二次大战后开展液体发射药火炮的研究工作。最先研究的是一种整装式液体发射药火炮（BLPG）,BLPG原理性结构如图1.1所示。这种结构比较简单，采用单组元液体发射药一次装填的方式，将液体燃料装填到燃烧室，通过点火液体发射药被局部点燃，产生的热燃烧产物在燃料中生成气穴，燃烧在气穴中进行，气穴中的燃气在交界面上与液体产生相对运动，导致Kelvin-Helmholt不稳定性，使气液交界面上的液体破碎，从而使燃烧得以维持和加速.然而这种燃烧过程难以控制，以至内弹道性能难以稳定甚至发生膛炸现象。因此美国于1976年基本终止了该项研究。代之而起的是一种再生式喷射结构的液体发射药火炮(RLPG)。

RLPG原理如图1.2所示。液体发射药被预先装在贮液室中，贮液室与燃烧室之间由一个开有喷射孔的活塞隔开。击发之后，先由点火器的燃气作用推动活塞而压缩贮液室中的液体发射药，通过活塞上的喷射孔将液体发射药喷射到燃烧室中，使之雾化成细小液滴以利于充分燃烧，生成的高温高压燃气推动弹丸向前运动。RLPG和BLPG相比虽然结构复杂，但它易于控制内弹道过程，从而具有较好的内弹道性能认论文网。到1983年美国完成105mm再生式液体发射药火炮的试验，获得炮口速度为810m/s，其装药与弹重比为0.28。这些探索试验研究的重大成功之处，在于弹道控制水平大大提高了，膛压和初速的再现性很好。正因为如此，九十年代美国开始研制155mm再生式液体发射药榴弹炮，到1991年完成155mm再生式液体发射药火炮的原理炮设计(一号炮),1992年对二号炮进行了首次靶场射速实验，初速达到988.8m/s。在二号炮的基础上，美国通用电气公司研制了三号样炮，在1994年初进行射击试验。美国本来准备将液体发射药火炮用于新一代AFAS155mm加榴炮系统中，后来由于试验中出现事故，该方案暂停，改成模块装药。尽管美国液体炮方案在工程化应用中受挫，但同时也说明美国在再生式液本发射药火炮研究方面有了突破性进展。

在内弹道理论方面，美国的摩瑞森(W.F.Morrison)，柯菲(T.P.Coffee)和培根(G. Pagan)以及英国的库克(G.C.Cook)等入开展了大量的研究工作，建立起多种经典内弹道模型。美国的内弹道学者应用多相流体力学理论建立起多相流内弹道数学模型。然而在所有的模型中，都回避了液体发射药喷射雾化的复杂过程，采用一些经验的方法来描述液滴的雾化和燃烧。在喷射雾化领域的研究方面，德国入的研究工作做得比较深入，利用高速摄影和X光射线技术获得酒精、煤油等工质的单喷孔射流形态及内部结构。在HAN基液体发射药液滴燃烧特性研究方面，美国普林斯顿大学的C.K.Law教授，密西根大学G.M.Faeth教授和陆军弹道所的R.A. Beyer研究员等入，从八十年代中期开始研究HAH基液体发射药液滴燃烧特性，他们应用抛滴装置研究LP1845液滴在常压下的燃烧特性，用挂滴装置研究LP1845和LP1846液滴在高压下的燃烧特性。在点火及点火器研究方面，美国通用电气公司和陆军弹道研究所，德国的马赫弹道研究所在点火机理及点火器方面进行了很多研究工作，提出获得稳定的点火条件所需点火器的性能指标为:在3-5ms时间内使燃烧室的压力平稳上升到18一20Mpa。