CN114963864A - 一种泄压式火炮初速连续化装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种泄压式火炮初速连续化装置及控制方法，涉及火炮研发领域，装置包括：火炮身管、控制器和多个泄压孔；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；所述泄压孔设置在所述膛线部对应的身管壁上；所述控制器分别与多个所述泄压孔连接；多个所述泄压孔沿着所述身管壁周向对称设置；所述控制器用于控制所述泄压孔调整所述身管内膛的气压。本发明通过调整射击时身管的气压实现弹丸初速的连续化。

Description

一种泄压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，特别是涉及一种泄压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“多弹同时弹着”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，需要一种可以实现火炮初速连续化的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种泄压式火炮初速连续化装置及控制方法，通过调整射击时身管的气压实现弹丸初速的连续化。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种泄压式火炮初速连续化装置，包括：火炮身管、控制器和多个泄压孔；
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；
所述泄压孔设置在所述膛线部对应的身管壁上；所述控制器分别与多个所述泄压孔连接；多个所述泄压孔沿着所述身管壁周向对称设置；所述控制器用于控制所述泄压孔的开闭进而调整所述身管内膛的气压。
可选地，所述泄压孔包括依次连通的引流孔、导流孔、泄气孔和设置在所述引流孔上的电控阀门；所述引流孔与所述膛线部连通；所述泄气孔与所述身管壁的外壁连通；所述引流孔与所述身管壁的内壁垂直；所述导流孔与所述身管壁的内壁平行；所述泄气孔与所述身管壁的外壁垂直；所述电控阀门与所述控制器连接。
可选地，所述泄压孔还包括与所述控制器连接的盖板；所述盖板设置在所述泄气孔上。
可选地，泄压式火炮初速连续化装置还包括炮尾；所述炮尾与所述药室连接；所述控制器设置在所述炮尾上。
可选地，所述炮尾包括炮闩；所述炮闩与所述药室连接；所述炮闩用于封闭所述身管内膛。
可选地，泄压式火炮初速连续化装置还包括与所述控制器连接的击发装置；所述击发装置设置在炮尾上。
一种泄压式火炮初速连续化控制方法，其特征在于，所述泄压式火炮初速连续化控制方法应用于上述所述的泄压式火炮初速连续化装置，所述泄压式火炮初速连续化控制方法包括：
获取火炮初速和发射药信息；
根据所述火炮初速和所述发射药信息确定泄压孔信息；所述泄压孔信息包括泄压孔打开时刻和泄压孔开启时长；
根据所述泄压孔信息控制所述泄压孔开启。
可选地，在所述根据所述泄压孔信息控制所述泄压孔开启之后，还包括：
射击完毕后，控制关闭所述泄压孔和盖板。
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；控制器分别与多个泄压孔连接；多个泄压孔沿着身管壁周向对称设置；控制器用于控制泄压孔调整身管内膛的气压。通过泄压孔调节身管内膛的气压来调整弹丸初速，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为本发明提供的泄压式火炮初速连续化装置结构示意图。
符号说明：
1-控制器，2-炮尾，3-炮闩，4-电源，5-击发装置，6-发射药，7-药室，8-坡膛，9-弹带，10-弹丸，11-膛线，12-引流孔，13-炮身，14-膛线部，15-炮口，16-盖板，17-泄气孔，18-导流孔，19-电控阀门，20-身管壁，21-线缆。
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泄压式火炮初速连续化装置及控制方法，通过调整射击时身管的气压实现弹丸初速的连续化。
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。
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：在火药气体推弹丸10前进过程中，如果弹后气压下降，弹丸10初速也会下降。通过在身管壁20上开泄压孔，控制泄压孔打开时机和时长，来调整弹丸10初速，与不同装药号或模块化装药配合，实现弹丸10初速的连续化。泄压孔内侧开口在身管中部，在弹后膛压达到最大值后开始调整，为避免火药气体喷出伤人，泄压孔外侧开口在炮口15附近。用控制器1计算并驱动电控阀门19控制泄压孔的打开时机和打开时长。通过弹后泄压方式和装药号或者模块化装药配合实现火炮初速连续化解决了目前大口径火炮初速不连续的问题。
如图1所示，本发明提供的泄压式火炮初速连续化装置，包括：火炮身管、控制器1和多个泄压孔。
所述火炮身管包括身管壁20和身管内膛；所述身管内膛设置在所述身管壁20内；所述身管内膛包括依次连接的药室7、坡膛8和膛线部14；所述药室7位于远离所述身管内膛的出射口的一端；所述膛线部14位于靠近炮口15的身管内膛内；所述膛线部14为弹丸的运行轨道。
所述泄压孔设置在所述膛线部14对应的身管壁20上；所述控制器1分别与多个所述泄压孔连接；多个所述泄压孔沿着所述身管壁20周向对称设置；所述控制器1用于控制所述泄压孔的开闭进而调整所述身管内膛的气压。在实际应用中，控制器1通过线缆21与其他器件连接。
作为一种可选的实施方式，所述泄压孔包括：依次连通的引流孔12、导流孔18、泄气孔17和设置在所述引流孔12上的电控阀门19；所述引流孔12与所述膛线部14连通；所述泄气孔17与所述身管壁20的外壁连通；所述引流孔12与所述身管壁20的内壁垂直；所述导流孔18与所述身管壁20的内壁平行；所述泄气孔17与所述身管壁20的外壁垂直；所述电控阀门19与所述控制器1连接。
作为一种可选的实施方式，所述泄压孔还包括：与所述控制器1连接的盖板16；所述盖板16设置在所述泄气孔17上。
作为一种可选的实施方式，泄压式火炮初速连续化装置还包括：炮尾2；所述炮尾2与所述药室7连接；所述控制器1设置在所述炮尾2上。
作为一种可选的实施方式，所述炮尾2包括：炮闩3；所述炮闩3与所述药室7连接；所述炮闩3用于封闭所述身管内膛。
作为一种可选的实施方式，泄压式火炮初速连续化装置还包括：与所述控制器1连接的击发装置5；所述击发装置5设置在炮尾2上。
火炮炮身13后端用炮闩3密封，炮闩3在炮尾2内运动，炮尾2与炮身13相连，火炮射击时，炮身13、炮尾2和炮闩3一起后坐和复进。身管内膛从后至前依次为药室7、坡膛8和膛线部14，药室7内容纳发射药6，坡膛8连接药室7和膛线部14，膛线部14有膛线11，膛线11起始位置在坡膛8上，弹丸10装填到位后，弹丸10上的弹带9与膛线11起始部相嵌，膛线11与弹丸10和弹带9配合使弹丸10在前进过程中旋转。
泄压孔开在身管壁20上，周向对称分布(4个或6个)，这样可以防止泄压过程对炮身13的扰动。泄压孔包括：与身管内壁垂直的引流孔12、与身管壁20内壁平行的导流孔18和与身管外壁垂直的泄气孔17，三者依次联通，这样布置是为了减小从身管外壁喷出的火药气体对火炮后方人员的威胁。在引流孔12上设置电控阀门19，用控制器1控制其打开和关闭；在泄气孔17外侧设置盖板16，用控制器1控制其打开和关闭，平时盖板16关闭遮住泄气孔17，防止灰尘进入。控制器1安装在炮尾2上，通过线缆21连接击发装置5、电控阀门19、盖板16和电源4。控制器1可根据需求初速，选定合适装药号(或模块化装药个数)，计算出打开泄压孔的时机和时长，并通过击发装置5获取击发信号启动计时。控制器1上有显示屏、输入键，可输入需要的火炮初速，并通过计算，在显示屏上显示对应装药号(或模块化装药个数)、电控阀门19启动时机和时长，此时泄压系统进入工作状态。本发明通过电源4为各个用电器件提供电能。
本发明还提供了一种泄压式火炮初速连续化控制方法，所述泄压式火炮初速连续化控制方法应用上述所述的泄压式火炮初速连续化装置，所述泄压式火炮初速连续化控制方法包括：
获取火炮初速和发射药信息。其中，发射药信息包括火炮装药号或者模块化装药数量。
根据所述火炮初速和发射药信息确定泄压孔信息；所述泄压孔信息包括泄压孔打开时刻和泄压孔开启时长。
根据所述泄压孔信息控制所述泄压孔开启。
作为一种可选的实施方式，在所述根据所述泄压孔信息控制所述泄压孔开启之后，还包括：射击完毕后，控制关闭所述泄压孔和盖板。
要注意的是泄压是一种减速方法，是在某个装药号(或者模块化装药数量)对应初速的基础上向下减小初速，也就是说泄压调整的是各离散火炮初速之间的速度值。
使用时，首先控制器1加电，控制器1控制下，电控阀门19关闭，盖板16打开。
其次，在控制器1上输入需要的火炮初速，控制器1选定与该初速最接近的偏大的火炮装药号(或模块化装药数量)，并计算出对应的电控阀门19启动时机和时长，并将这些信息显示在显示屏上，进入工作状态；
计算电控阀门19启动时间和时长，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。
Figure BDA0003595234820000071
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，
Figure BDA0003595234820000072
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。
具体计算时，要分为三段进行计算，启动电控阀门19前、启动电控阀门19后和关闭电控阀门19后。第一段和第三段用式(1)进行计算，第二段要在式(1)基础上考虑p和mω的变化补充方程进行计算，三段计算完毕可得到弹丸出炮口的速度，即火炮初速。反复修改电控阀门19启动时机和时长，使火炮初速满足要求，即得到需要的电控阀门19启动时机和时长。
然后，根据控制器1显示屏提示，装填弹丸10和相应的装药号(或模块化装药数量)，关闭炮闩3后击发，击发装置5给控制器1提供启动计时信号；击发后，火药气体燃烧生成火药气体，火药气体膨胀推弹丸10向前运动，弹后膛压逐渐增大而后减小，弹丸10获得一定前进速度；当弹丸10尾部经过引流孔12后，控制器1根据计算的打开时机和打开时长，驱动电控阀门19打开，满足打开时长后关闭电控阀门19，电控阀门19打开后，弹丸10后方火药气体经引流孔12、导流孔18和泄气孔17向身管外侧喷出，降低弹后气体压强，减小对弹丸10的推力，从而降低弹丸10出炮口15的速度。
射击完毕后，控制器1断电，断电前关闭电控阀门19、关闭盖板16。
用泄气方法来调整火炮初速是相对较为简单的一种方法，装置结构相对简单，更容易实现。
本发明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。在身管壁20上开泄压孔，用电控阀门19控制泄压孔打开时机和打开时长，并与装药号或者模块化装药配合，通过控制泄压孔打开时机和时长与装药号或模块化配合，使火炮初速可以连续变化。本发明可以有效解决目前火炮初速只有几个离散值的问题，提高火炮的火力机动性。
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 (8)

1.一种泄压式火炮初速连续化装置，其特征在于，包括：火炮身管、控制器和多个泄压孔；
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；
所述泄压孔设置在所述膛线部对应的身管壁上；所述控制器分别与多个所述泄压孔连接；多个所述泄压孔沿着所述身管壁周向对称设置；所述控制器用于控制所述泄压孔的开闭进而调整所述身管内膛的气压。
2.根据权利要求1所述的泄压式火炮初速连续化装置，其特征在于，所述泄压孔包括依次连通的引流孔、导流孔、泄气孔和设置在所述引流孔上的电控阀门；所述引流孔与所述膛线部连通；所述泄气孔与所述身管壁的外壁连通；所述引流孔与所述身管壁的内壁垂直；所述导流孔与所述身管壁的内壁平行；所述泄气孔与所述身管壁的外壁垂直；所述电控阀门与所述控制器连接。
3.根据权利要求2所述的泄压式火炮初速连续化装置，其特征在于，所述泄压孔还包括与所述控制器连接的盖板；所述盖板设置在所述泄气孔上。
4.根据权利要求1所述的泄压式火炮初速连续化装置，其特征在于，还包括炮尾；所述炮尾与所述药室连接；所述控制器设置在所述炮尾上。
5.根据权利要求4所述的泄压式火炮初速连续化装置，其特征在于，所述炮尾包括炮闩；所述炮闩与所述药室连接；所述炮闩用于封闭所述身管内膛。
6.根据权利要求4所述的泄压式火炮初速连续化装置，其特征在于，还包括与所述控制器连接的击发装置；所述击发装置设置在炮尾上。
7.一种泄压式火炮初速连续化控制方法，其特征在于，所述泄压式火炮初速连续化控制方法应用于权利要求1-6任意一项所述的泄压式火炮初速连续化装置，所述泄压式火炮初速连续化控制方法包括：
获取火炮初速和发射药信息；
根据所述火炮初速和所述发射药信息确定泄压孔信息；所述泄压孔信息包括泄压孔打开时刻和泄压孔开启时长；
根据所述泄压孔信息控制所述泄压孔开启。
8.根据权利要求7所述的泄压式火炮初速连续化控制方法，其特征在于，在所述根据所述泄压孔信息控制所述泄压孔开启之后，还包括：
射击完毕后，控制关闭所述泄压孔和盖板。
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