姚冰,王维宝等[14]对某型弹丸采用Cart3D气动力分析软件对其进行外流场数值仿真,对仿真结果进行摩阻修正,并对仿真结果做了系统分析,从而验证了数值仿真方法是进行弹丸气动力外形设计的一种高效可行的方法。
姚永兴和李彬[15]分析了制导与非制导单独弹身亚、跨、超声速有攻角时的升力、阻力特性及压力中心的计算方法。其中超声速波阻采用Van Dyke二级扰动理论计算,跨声速波阻用半经验方法处理。其余如摩阻、底阻、粘性分离和旋转带的阻力均用经验方法计算。无粘升力特性,在超声速时用一级横流理论计算,亚、跨声速时采用半经验法处理,粘性升力特性则全部用经验方法计算。结果表明,该方法对尖头、截平头和半球形头部的实际弹形均有相当好的升力、阻力特性计算精度,并能给出合理的压力中心计算结果。
郝永平和孟庆宇[16]通过对弹丸外弹道计算方法的分析,应用空气动力学软件对弹丸空气动力仿真分析,再由动力学软件对弹丸整个飞行过程模拟计算。与实验数据比较,误差不大,验证了分析正确性,为复杂的弹丸外弹道模型计算提出了新方法。
周长省和朱福亚等[17]采用数值模拟的控制方程为雷诺平均的可压缩纳维尔-斯托克斯方程,湍流模型采用k-ε两方程模型,数值格式为二阶迎风格式。得到了冲压发动机增程炮弹的流场结构。结果表明:冲压发动机增程炮弹在高超音速下阻力系数无明显变化,而在亚音速和低超音速下,阻力系数提高。
总结
固体冲压增程弹丸在多国的武器研制中都占有重要的地位,其中以美国和荷兰发展较为突出,我国对此项技术也有着迫切的需求。综上所述,SFRJ 增程技术已引起国内外高度重视并取得一定进展,但许多基础问题仍未得到解决,如燃烧效率和燃烧稳定性等。固体燃料冲压发动机关键技术已成为制约冲压增程炮弹技术发展的瓶颈,尽快突破 SFRJ 各项关键技术,提高 SFRJ 性能,是目前冲压增程炮弹研究的技术关键。
冲压发动机增程炮弹具有结构简单、成本低、增程效率高和战斗威力降低少等特点,但其燃烧过程相当复杂,固体燃料冲压增程炮弹研制过程中还需突破一些关键技术。 这些关键技术包括:
1) 运用固体燃料冲压发动机的增程炮弹总体技术。 通过分析炮弹总体与固体燃料发动机之间的相互影响关系,进行炮弹-进气道-发动机的一体化设计技术研究,确定满足炮弹飞行任务的固体燃料冲压发动机方案、进气道形式和气动布局、飞行控制方式等,使炮弹总体性能最优。
2) 发动机设计技术。 根据炮弹的飞行高度、飞行速度以及飞行姿态等对冲压发动机性能的影响,确定发动机的主要结构参数,并选定发动机的设计马赫数,发射初速以及超临界裕度等设计参数,进行固体燃料冲压发动机总体结构设计,燃速控制、二次燃烧以及燃烧室与喷管设计等,对各部件的设计提出具体要求。
3) 贫氧推进剂技术。提高贫氧推进剂能量研究,包括:研究改善含硼推进剂点火性能的途径,合理组织含硼推进剂在燃烧室以及富燃燃气在补燃室的燃烧,提高含硼推进剂的燃烧效率,添加高能粘合剂,确保药柱在高速发射时耐冲击、不脱落、不碎裂。改善贫氧推进剂的点火性能、减少氧化剂含量、提高推进剂能量、提高燃速。
4) 弹体机械设计与火炮系统设计技术。为保证飞行稳定,炮弹质心与压心应符合力学原理,尾翼也应根据空气动力学进行设计。关键部件应保证正常工作,还应进行部件的受力分析与热分析,而且对火炮发射装置也提出了设计要求。