气体炮内弹道建模与实验研究

闫文哲，李强，曲普，程宇阳，陈赟

(1.中北大学 机电工程学院，山西 太原 030051；2.晋西工业集团有限公司，山西 太原 030051；3.中国南方工业研究院，北京 102209)

气体炮不同于以火药为高压动力的推动装置，是一种基于高压气体驱动的发射装置[1]。气体炮的初速便于调节，发射惯性小，避免了火药操作的危险性和炮膛烧蚀、身管温度升高等传统身管武器的缺点[2]，所以已成为非常有效和实用的高速实验设备。气体炮能够低成本发射各种形状的弹丸，使弹丸的质量、尺寸和材料有广阔的适应范围。其最突出的特点是弹丸在承受较低加速度和较小应力的情况下，能够获得较高的速度[3-4]。笔者结合火炮内弹道理论，建立气体炮内弹道数学模型，并通过实验验证计算模型的准确性。

1 气体炮内弹道理论

1.1 基本假设

气体炮的弹丸能量来源于高压气体的内能，即高压气体推动弹丸，内能转化为气体和弹丸的平动动能、弹丸转动动能、摩擦产生的热能、挤进变形能等，如果细致考虑发射过程中各个方面的影响，会使得计算工作异常复杂[5]。为了能够更好地描述这一物理过程，作出如下基本假设：

1)假设阀门是在瞬间完全开启；

2)假设工作介质为理想气体，气体流动和弹丸运动都是轴向运动；

3)不考虑气体沿气室壁面流动的摩擦阻力和气体内摩擦，即忽略气体的粘滞性；

4)从控制阀打开到弹丸出膛口的过程在极短的时间内完成，忽略气体与壁面的热交换，假设气体推动弹丸运动为理想气体的绝热膨胀过程；……