CN114777566B - 一种增药式火炮初速连续化装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种增药式火炮初速连续化装置及控制方法，涉及火炮研制领域，装置包括供药机构、身管通道机构和火炮身管；火炮身管包括身管壁和身管内膛；身管内膛设置在身管壁内；身管内膛包括依次连接的药室、坡膛和膛线部；药室位于远离身管内膛的出射口的一端；膛线部为弹丸的运行轨道；供药机构包括控制器、与控制器连接的供药模块和与控制器连接的暂存仓；身管通道机构与暂存仓连接；身管通道机构还与药室连接；供药模块用于提供发射药药粒；暂存仓用于接收供药模块提供的发射药药粒并将发射药药粒传输至药室。本发明通过增大药室内装药质量以实现弹丸初速连续化。

Description

一种增药式火炮初速连续化装置及控制方法
技术领域
本发明涉及火炮研制领域，特别是涉及一种增药式火炮初速连续化装置及控制方法。
背景技术
大口径地面火炮一般采用分装式弹药，即弹丸和发射药分开，装填时，先装填弹丸再装填发射药。目前我国的大口径地面火炮普遍采用“药筒+药包”的装药方式，药筒里面的药包数量可以调整，这样一来，通过调整药筒(全变装药和减变装药)和药筒内的药包数量形成一个离散的装药号数序列，不同装药号数对应不同弹丸初速(也称火炮初速)。火炮装药的发展趋势是模块化装药，使用不同数量的模块化装药时，也是对应几个离散的弹丸初速。
如果不考虑空气阻力，火炮的水平射击距离与两个因素有关，一个是高低射角、一个是弹丸初速，目前，通过这两个因素的配合，火炮可以实现对射程范围内任意距离的目标进行打击。要注意的是火炮的高低射角是可以连续变化的，但是火炮的初速只有几个离散数值，是不能连续变化的。如果在火炮高低射角调整机构(通常是高低机)发生故障时，火炮就只能对几个有限距离的目标进行射击，影响火炮性能的发挥。
随着信息化技术在火炮上的使用，目前许多新式火炮都具有“多弹同时着发”的能力，也就是说，同一门火炮先在高射角低初速发射第一发炮弹，再降低高低射角，提高初速发射第二发炮弹，接着再降低高低射角，提高初速发射第三发炮弹，…，通过发射时刻、高低射角、弹丸初速的精确配合，实现几发炮弹同时命中目标，相当于一门炮达到几门炮的火力效果。火炮这种能力与火控计算机的高效计算、供输弹机的高速供弹、射角的快速调整、装药号的快速切换是分不开的。这里面就有一个制约因素，也就是弹丸初速不是连续化的，否则火炮的“多弹同时着发”能力更强，也就是有更多的发射时刻、高低射角、弹丸初速的组合方案，可以让更多的炮弹同时命中目标。
这样看来，实现大口径地面压制火炮初速的连续化有着重要的实际意义，可使火炮的火力机动性更强。火炮射击某个目标，可以用更多的弹道方案达到，当火炮高低射角调整装置损坏时，火炮通过调整弹丸初速可以实现对射程内任意距离目标进行打击；采用“多弹同时着发”射击时，可以达到更强大的火力效果。
因此，需要一种能够实现弹丸初速连续化的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种增药式火炮初速连续化装置及控制方法，通过增大药室内装药质量以实现弹丸初速连续化。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种增药式火炮初速连续化装置，包括：供药机构、身管通道机构和火炮身管；
所述火炮身管包括身管壁和身管内膛；所述身管内膛设置在所述身管壁内；所述身管内膛包括依次连接的药室、坡膛和膛线部；所述药室位于远离所述身管内膛的出射口的一端；所述膛线部为弹丸的运行轨道；
所述供药机构包括控制器、与所述控制器连接的供药模块和与所述控制器连接的暂存仓；所述身管通道机构与所述暂存仓连接；所述身管通道机构还与所述药室连接；所述供药模块用于提供发射药药粒；所述暂存仓用于接收所述供药模块提供的发射药药粒并将所述发射药药粒传输至所述药室。
可选地，所述供药机构还包括活动管道和与所述活动管道连接的皮碗；所述活动管道还与所述暂存仓连接；所述皮碗用于与所述药室密封连接。
可选地，所述身管通道机构包括供药孔；所述供药孔贯穿所述身管壁；所述供药孔分别与所述药室和所述皮碗连接；所述供药孔设置在所述药室靠近所述坡膛的一侧。
可选地，所述身管通道机构还包括设置在所述供药孔中的电动阀门；所述电动阀门与所述控制器连接；所述电动阀门用于控制关闭所述供药孔。
可选地，所述供药模块包括药粒仓、吹风机和与所述药粒仓连接的药量配送机构；所述药粒仓、所述药量配送机构和所述吹风机均与所述控制器连接；所述药量配送机构和所述吹风机均与所述暂存仓连接；所述吹风机用于将所述暂存仓的发射药药粒吹进所述药室。
可选地，所述身管通道机构还包括与所述控制器连接的电动盖板；所述电动盖板设置在所述供药孔上；所述电动盖板用于遮盖所述供药孔。
一种增药式火炮初速连续化控制方法，所述增药式火炮初速连续化控制方法应用于上述所述的增药式火炮初速连续化装置，所述增药式火炮初速连续化控制方法包括：
获取火炮初速、药室容积和发射药信息；
根据所述火炮初速、所述药室容积和所述发射药信息确定装药质量；
根据所述装药质量控制供药模块发送发射药至暂存仓；
控制所述暂存仓向药室添加发射药。
可选地，所述控制所述暂存仓向药室添加发射药，具体包括：
控制吹风机将所述暂存仓内发射药传输至供药孔。
可选地，在所述控制所述暂存仓向所述药室添加发射药之前，还包括：
控制电动盖板和电动阀门打开。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明中所述火炮身管包括身管壁和身管内膛；所述身管内膛设置在所述身管壁内；所述身管内膛包括依次连接的药室、坡膛和膛线部；所述药室位于远离所述身管内膛的出射口的一端；所述膛线部为弹丸的运行轨道；所述供药机构包括控制器、与所述控制器连接的供药模块和与所述控制器连接的暂存仓；所述身管通道机构与所述暂存仓连接；所述身管通道机构还与所述药室连接；所述供药模块用于提供发射药药粒；所述暂存仓用于接收所述供药模块提供的发射药药粒并将所述发射药药粒传输至所述药室。通过在身管外设置供药机构，利用供药机构增加发射药质量来提高弹丸初速，从而实现弹丸初速的连续化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的增药式火炮初速连续化装置结构示意图；
图2为火炮概貌示意图；
图3为炮身内膛示意图；
图4为模块化装药炮身内膛示意图；
图5为装药号装药炮身内膛示意图。
符号说明：
1-供药机构，2-控制器，3-药粒仓，4-药量配送机构，5-吹风机，6-管道，7-活动管道，8-电源，9-线缆，10-暂存仓，11-电动盖板，12-身管，13-身管壁，14-皮碗，15-电动阀门，16-供药孔，17-坡膛，18-膛线，19-膛线部，20-炮尾，21-炮闩，22-发射药，23-药室，24-弹带，25-弹丸，26-摇架，27-炮身，28-模块化装药，29-装药号装药，30-药筒，31-药包。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种增药式火炮初速连续化装置及控制方法，通过增大药室内装药质量以实现弹丸初速连续化。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的一种增药式火炮初速连续化装置，包括：供药机构1、身管通道机构和火炮身管。
所述火炮身管包括身管壁13和身管内膛；所述身管内膛设置在所述身管壁13内；所述身管内膛包括依次连接的药室23、坡膛17和膛线部19；所述药室23位于远离所述身管内膛的出射口的一端；所述膛线部19为弹丸25的运行轨道。
供药机构1包括控制器2、与控制器2连接的供药模块和与控制器2连接的暂存仓10；所述身管通道机构与所述暂存仓10连接；所述身管通道机构还与所述药室23连接；供药模块用于提供发射药22药粒；暂存仓10用于接收供药模块提供的发射药22药粒并将发射药22药粒传输至药室23。
作为一种可选的实施方式，供药机构1还包括活动管道7和与活动管道7连接的皮碗14；活动管道7还与暂存仓10连接；皮碗14用于与药室23密封连接，具体为皮碗14与供药孔16密封连接。
作为一种可选的实施方式，所述身管通道机构包括供药孔16；所述供药孔16贯穿所述身管壁13；所述供药孔16分别与所述药室23和所述皮碗14连接；所述供药孔16设置在所述药室23靠近所述坡膛17的一侧。
作为一种可选的实施方式，身管通道机构还包括设置在供药孔16中的电动阀门15；电动阀门15与控制器2连接；电动阀门15用于控制关闭供药孔16。
作为一种可选的实施方式，供药模块包括药粒仓3、吹风机5和与药粒仓3连接的药量配送机构4；药粒仓3、药量配送机构4和吹风机5均与控制器2连接；药量配送机构4和吹风机5均与暂存仓10连接；吹风机用于将所述暂存仓10的发射药22药粒吹进所述药室23，具体为将暂存仓10内的发射药通过活动管道7和供药孔16吹进药室23。药粒仓3、药量配送机构4和和暂存仓10之间通过管道6连接。
作为一种可选的实施方式，身管通道机构还包括与所述控制器连接的电动盖板；所述电动盖板设置在所述供药孔上；电动盖板11用于遮盖供药孔16。
本发明还提供一种增药式火炮初速连续化控制方法，增药式火炮初速连续化控制方法应用于上述的增药式火炮初速连续化装置，增药式火炮初速连续化控制方法包括：
获取火炮初速、药室容积和发射药信息。其中发射药信息包括火炮装药号和模块化装药数量。在实际中，如果发射药为装药号装药，则需获取火炮装药号；如果发射药为模块化装药，则获取模块化个数。
根据所述火炮初速、所述药室容积和所述发射药信息确定装药质量。
根据装药质量控制供药模块发送发射药至暂存仓。
控制暂存仓向药室添加发射药。其中，控制暂存仓向药室添加发射药，具体包括：控制吹风机将暂存仓内发射药传输至供药孔。
作为一种可选的实施方式，在控制暂存仓向药室添加发射药之前，还包括：控制电动盖板和电动阀门打开。
本发明所要解决的技术问题是目前大口径火炮弹丸初速不连续，只是几个离散数值，火力机动性有待进一步提高。本发明的原理为：增大药室23内装药质量可以提高弹丸25初速，通过装药质量一定范围内连续变化和火炮装药号或模块化装药28配合，实现弹丸25初速的连续化。由于要精准计算向药室23内添加发射药22的质量的数值，所以该装置要用到控制装置、药量配送机构4、吹风机5、电动阀门15等装置，这在信息化迅速发展的今天，实现起来并不困难。本发明从实用的角度提出了一种用增加发射药22质量和装药号(或模块化装药28)配合实现火炮初速连续化的方案，解决了目前大口径火炮初速不连续的问题，可用于火炮的研制。
如图1所示，火炮身管包括身管壁13和身管内膛，身管内膛从后向前分别是药室23、坡膛17和膛线部19，膛线部19设有膛线18，弹丸25装填到位时，弹丸25上的弹带24嵌在膛线18起始部。无论是药筒30装药还是模块化装药28，发射药22均装在药室23中，射击前用炮闩21封闭内膛。增药式火炮初速连续化装置还包括供药机构1和身管壁13上的供药通道两部分。供药通道包括供药孔16、电动阀门15和电动盖板11，供药孔16是药粒进入药室23的通道，电动阀门15打开或者关闭供药孔16，电动盖板11用于不供药时盖住供药孔16。
在弹丸25尾部后面和装药前面的药室23位置，向身管壁13开供药孔16，为便于药粒下落，供药孔16两端为喇叭形；供药孔16外侧设置电动盖板11，平时可将供药孔16遮盖，防止灰尘进入；供药孔16中间设置电动阀门15，可打开或者关闭供药孔16，由于供药孔16相对较细，不会对身管12强度造成较大影响。供药孔16的位置不能太靠后，以免被药筒30外壁遮挡。
在火炮炮架附近设置供药机构1，包括控制器2、药粒仓3、药量配送机构4、暂存仓10、吹风机5、电源8、管道6和线缆9等。控制器2通过线缆9和其他器件连接。药粒仓3储备一定量的发射药22药粒，药量配送机构4根据控制器2发出的信息将药粒仓3内一定质量的发射药22配送到暂存仓10，吹风机5根据控制机构指令将暂存仓10内的发射药22吹入身管12的供药孔16，与暂存仓10连接的活动管道7用机械臂控制其运动，确保其口部对正供药孔16，另外在活动管道7与供药孔16连接的位置设置密封皮碗14，供药时，皮碗14与供药孔16的外壁喇叭口配合，防止药粒散落到身管12外部。
如图2所示，火炮的摇架26通常为筒形，炮身27大致为中空圆柱，插入摇架26中，射击时沿着摇架26前后运动，也就是所谓的后坐和复进；炮身27后端用炮闩21堵住，密封火药气体，炮闩21在炮尾20内移动，炮尾20与炮身27固连。如图3所示，炮身27内膛一般分为药室23、坡膛17和膛线部19；发射药22设置在药室23内。膛线18是螺旋沟槽，和弹丸25弹带24配合，使弹丸25前进过程中旋转，提高射击精度，膛线部19为圆柱；坡膛17是药室23和膛线部19圆柱部的锥形过渡；药室23通常为锥形，容纳发射药22。其中弹带24固定在弹丸25上。如图4所示，发射药22可以为模块化装药28，没有药筒30，装入数个装药块，用炮闩21密封。如图5所示，发射药22可以为装药号装药29，装药号装药29是把药包31装在金属药筒30里，通过药包31数量的调整，来改变装药号，不同装药号，装药质量不同。
要注意的是增加装药质量是一种增速方法，是在某个装药号(或者数个模块化装药28)对应初速的基础上向上增加初速，也就是说装药质量调整的是各离散火炮初速之间的速度值，这样增加的药量不会太多，更容易实现。
平时，供药机构1与火炮分离，电动阀门15处于关闭状态，供药孔16盖板盖住供药口；使用时，根据射击需要选定火炮初速，选定与该初速最接近的偏小的火炮装药号(或模块化装药28数量)，打开供药孔16盖板，而后用控制器2计算需要添加的装药质量，控制器2控制药量配送机构4将需要的一定质量的装药配送到暂存仓10，接着机械臂控制活动管道7口部对正供药孔16口部，皮碗14与供药孔外壁喇叭口配合密封，上述动作可以在装入选定装药号(或模块化装药28)并关闩的同时进行；火炮关闩后，控制器2控制吹风机5将暂存仓10装药通过活动管道7、供药孔16吹入药室23，而后驱动电动阀门15关闭供药孔16通道，同时控制器2控制机械臂将活动管道7与供药孔16脱离，而后关闭电动盖板11，此时可以进行射击。
计算需要添加的装药质量，要求解内弹道方程组如式(1)所示。计算时要用到具体火炮的参数。
式(1)中，ψ为火药燃去百分数，Z为火药燃去相对厚度，t为时间，χ，λ，μ均为药粒的形状特征量，u1为燃烧速度系数，e1为药粒初始厚度的一半，p为膛内火药气体平均压强，Ik为压力全冲量，n为燃烧速度指数，S为炮膛横截面积，为次要功计算系数，mq为弹丸重量，v为弹丸速度，l为弹丸行程，lψ为药室自由容积缩径长，f为火药力，mω为装药质量，k为比热比，W为药室容积。
求解式(1)，可以获得对应弹丸行程l的弹丸速度v，在弹丸行程达到最大，即弹丸出炮口时对应的弹丸速度即弹丸初速v0，其它条件不变时，依据式(1)可建立装药质量mω和弹丸初速v0之间的关系。如果某个装药号对应的装药质量为mω1，对应弹丸初速为v1，要将弹丸初速提高到v2，就要增加装药质量。电动阀门15关闭供药孔16后，供药孔16接近药室23段的锥形容积为Wk，药室23初始容积W0，求解式(1)时，用W0+Wk作为药室23容积W，这样可以将Wk的影响考虑在内，反复计算式(1)，获取与弹丸初速v2对应的装药质量mω2，需要增加的装药质量就是mω2-mω1。
该增药式火炮初速连续化装置是对目前大口径火炮仅有离散初速的较大创新，对提高火炮火力机动性具有重要作用，具有良好的应用前景。用增加发射药22质量方法与装药号或者模块化装药28配合，使火炮初速可以连续变化。可以有效解决目前火炮初速只有几个离散值的问题(对应不同装药号)，提高火炮的火力机动性。实现初速连续化的方法的原理是向药室23中增加装药，增加装药质量，能生成更多的火药气体，弹后膛压增大，弹丸初速会增大；精确调整装药增加量，可以精确控制弹丸初速增加量，达到需要的初速。本发明属于小范围调整，以目前的装药号或者模块化装药28为基础，在确定的几个离散弹丸初速值之间调整弹丸初速，也就是将离散的速度值之间填充不同的速度，达到弹丸初速连续化的目的。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种增药式火炮初速连续化装置，其特征在于，包括：供药机构、身管通道机构和火炮身管；
所述火炮身管包括身管壁和身管内膛；所述身管内膛设置在所述身管壁内；所述身管内膛包括依次连接的药室、坡膛和膛线部；所述药室位于远离所述身管内膛的出射口的一端；所述膛线部为弹丸的运行轨道；
所述供药机构包括控制器、与所述控制器连接的供药模块和与所述控制器连接的暂存仓；所述身管通道机构与所述暂存仓连接；所述身管通道机构还与所述药室连接；所述供药模块用于提供发射药药粒；所述暂存仓用于接收所述供药模块提供的发射药药粒并将所述发射药药粒传输至所述药室；
所述供药机构还包括活动管道和与所述活动管道连接的皮碗；所述活动管道还与所述暂存仓连接；所述皮碗用于与所述药室密封连接；
所述供药模块包括药粒仓、吹风机和与所述药粒仓连接的药量配送机构；所述药粒仓、所述药量配送机构和所述吹风机均与所述控制器连接；所述药量配送机构和所述吹风机均与所述暂存仓连接；所述吹风机用于将所述暂存仓的发射药药粒吹进所述药室。
2.根据权利要求1所述的增药式火炮初速连续化装置，其特征在于，所述身管通道机构包括供药孔；所述供药孔贯穿所述身管壁；所述供药孔分别与所述药室和所述皮碗连接；所述供药孔设置在所述药室靠近所述坡膛的一侧。
3.根据权利要求2所述的增药式火炮初速连续化装置，其特征在于，所述身管通道机构还包括设置在所述供药孔中的电动阀门；所述电动阀门与所述控制器连接；所述电动阀门用于控制关闭所述供药孔。
4.根据权利要求2所述的增药式火炮初速连续化装置，其特征在于，所述身管通道机构还包括与所述控制器连接的电动盖板；所述电动盖板设置在所述供药孔上；所述电动盖板用于遮盖所述供药孔。
5.一种增药式火炮初速连续化控制方法，其特征在于，所述增药式火炮初速连续化控制方法应用于权利要求1-4任意一项所述的增药式火炮初速连续化装置，所述增药式火炮初速连续化控制方法包括：
获取火炮初速、药室容积和发射药信息；
根据所述火炮初速、所述药室容积和所述发射药信息确定装药质量；
根据所述装药质量控制供药模块发送发射药至暂存仓；
控制所述暂存仓向药室添加发射药。
6.根据权利要求5所述的增药式火炮初速连续化控制方法，其特征在于，所述控制所述暂存仓向药室添加发射药，具体包括：
控制吹风机将所述暂存仓内发射药传输至供药孔。
7.根据权利要求5所述的增药式火炮初速连续化控制方法，其特征在于，在所述控制所述暂存仓向所述药室添加发射药之前，还包括：
控制电动盖板和电动阀门打开。
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