气动式迫击炮在发射过程中的气体流失计算

乔　磊吴越刘兰史长虹李淦李川

气动式迫击炮在发射过程中的气体流失计算

乔磊1吴越1刘兰2史长虹3李淦4李川5

1、山西中北大学机电工程学院2、山西中北大学理学院3、中国人民解放军总后军需装备研究所4、中国人民解放军66068部队5、山西太原工具厂

根据气动式迫击炮内弹道的特点，建立气动式迫击炮在发射过程中气体流失模型；推导气体迫击炮在发射过程中气体泄漏量的解法；发现气体流失总量与身管长度成线性关系；并结合实际应用，对气体迫击炮在发射过程中的气体流失进行分析计算，有利于气动式迫击炮的优化。

气动式迫击炮；内弹；气体流失

引言

迫击炮在发射时存在气体流失，而气动式迫击炮与传统火药驱动的迫击炮的内弹道有所不同。笔者根据近年来对气体炮发射技术的研究和应用，结合流体力学，建立了空气迫击炮气体流失数学模型，并提出了一种实用的计算方法。

1气体炮内弹道［1］

与火炮内弹道理论相似，在研究气体炮内弹道理论时做如下假设：

（1）弹丸在气体作用下向前运动时弹后压力均匀一致。

（2）由于发射过程时间较短，气体膨胀认为是绝热过程。

1.1理想状态内弹道方程

内弹道基本方程

气体状态方程：

其中，φ为次要功系数，m为弹丸质量，v为弹丸速度，t为作用时间，A为炮膛直径，p为压强，V0为气室容积，γ为绝热指数，x为弹丸运动行程。

联立方程解得：

（3）式为气体炮内弹道公式

由气体状态方程得：

2气体迫击炮内弹道气体泄漏模型

由于消防弹的定心部和膛壁之间有一定的间隙，所以在整个射击过程中，随着弹丸的运动，火药气体将不断地从间隙流出。

建立气体泄漏模型：

弹丸在身管内在高压气室气体压力的作用下沿身管向前运动。弹丸在身管内发射的整个过程中，总泄漏量即为气体从间隙内流出的总量。气体质量较弹丸质量可忽略不计，所以气体的移动速度大于弹丸移动速度。弹丸移动到身管的某一位置，设此时在此截面上的气体微元为m，下一微小时刻后，由于气体的移动速度大于弹丸移动速度，在下一微小时刻后，此微元先于弹底移动到下一截面，形成泄漏，即气体的泄漏量是由于气体与弹丸移动的速度差而引起的。

弹丸直径与身管直径的间隙很小，且气体流动速度远大于弹丸移动速度，所以在弹丸移动过程的某一时刻，假设弹丸静止不动，气体的泄漏可以简化为气体在厚壁孔口的自由出流［2］。

设高压气室的初始压力为P0，在某个横断面上的压力为Px，弹丸与身管内壁之间的空隙面积为A1，气体密度为ρ，两端压力差为△p，则流量q为：

其中，Cv为流速系数。

由气体状态方程［2］可得：

其中R=0.2968kJ/kg·K，T=273.15K。对（5）式积分，得气体总泄漏量Q为：

3算例

某一空气式迫击炮，所配弹丸直径为150mm，身管直径为151mm，身管长度为1.2m，高压气室的初始压力为5MPa，不计热损失和管壁摩擦。

气体流出总量随身管变化如图1。

图1　气体流失总量与身管长度关系

可知，气体流出总量与身管长度基本呈线性关系。随着身管长度的增加，气体流失总量成比例增加。

4结论

（1）气体的泄漏量是由于气体与弹丸移动的速度差而引起的。

（2）在某一时刻，气体流出可按气体在厚壁孔口的自由出流公式计算。

（3）气体流出量与身管长度基本呈线性关系。

［1］赵俊利等.气体炮实用内弹道方程及应用［J］.火炮发射与控制学报，2003.3.

［2］乔中华.流体力学［M］.山西科学技术出版社，2001

乔磊，1988年9月出生，山西太原人，硕士，研究方向：高效毁伤战斗部设计及数值仿真。