平头弹飞行阻力工程模型*

刘铁磊,沈培辉,梁化鹏

(南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室,南京 210094)

0 引言

为了提高弹丸的停止作用,实现低侵彻目的,弹丸的弹头形状被设计成平头[1]。该型枪弹较以前枪弹而言,为全新的结构,对其外弹道特性研究较少,尤其体现在缺乏合适的弹丸阻力模型。对于该弹型的外弹道计算与实验数据表明现有的卵形弹和锥头弹阻力模型[2]均不能较好的计算其阻力系数。其主要原因为该弹丸头部形状为平头,弹头激波产生部位与卵形弹和锥头弹的不同,导致弹丸的头部阻力系数发生变化。传统上,计算阻力系数一般通过1943年阻力定律和弹形系数的方法[3]求解,然而该方法不适合正在设计过程中的弹丸;近年来,利用CFD软件进行仿真计算阻力系数得到广泛应用[4],然而该方法联合外弹道方程计算耗时长,且易受建模本身影响。因此,从空气动力学出发,建立平头弹阻力模型用于外弹道计算,并通过实验进行验证与修正,仍然不失为一个好的方法。

1 平头弹激波阻力系数工程模型

对于任意一种锥形平头弹,其形状主要由三个因素确定:前端面半径R1,弹丸半径R2,半顶角a。其外形如图1所示。

图1 平头弹头部形状示意图

根据压力的定义,有:

(1)

式中:P1为弹头前端面的压力,P2为弹头锥面处的压力,τ为弹丸的切向力,其方向与压力方向垂直。其中对上述力在轴向和垂直轴向的方向上进行分解,有:

P斜=P2sina+τ2cosa

(2)

由于斜面是曲面,构建曲面方程为:

(3)

则阻力为: