CN115265289B - 一种临界入射角小的枪弹 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种临界入射角小的枪弹，涉及枪弹技术领域，枪弹由全铜材质制成，包括圆柱部和弧形部，枪弹由一侧向另一侧依次设置为第一平面、第二平面、圆柱面，第一平面和第二平面之间设置弧形过渡，弧形部的半径为弹径的10倍，第一平面面积为圆柱面面积的四分之一，枪弹总长为弹径的5倍。本发明选用铜质材料，延展性好，加工制造简单，且易于嵌入膛线，枪弹第一平面可以冲开水流形成超空泡，保持枪弹在水下的运动稳定性，枪弹的弧形部可以更好的减小空气和水中的阻力作用，第一平面和圆柱面按照相应的比例系数设置，使枪弹可以凭借极小的临界入射角射入水中，且不会发生翻转和跳弹现象。
Description
技术领域
本发明涉及枪弹技术领域，更具体的说是涉及一种临界入射角小的枪弹。
背景技术
由于水下特殊的作战环境，为战斗蛙人提供专用武器一直以来都是各国高度重视的领域，传统的水下武器主要是潜水刀。目前，普通枪弹是基于在空气中使用的工况设计的，在岸边向水下射击时，由于水的密度是空气的850倍左右，其粘稠度远高于空气，导致枪弹射入水中后速度急剧下降，失去稳定，并且进行跨介质射击时，枪弹入水过程中会受到极大的升力作用，将枪弹向上抬起，改变枪弹的弹道指标，使枪弹冲向水面，发生跳弹现象。
在进行跨介质射击时，射入水中的枪弹会快速发生翻转，改变原有弹道，发生跳弹，对士兵执行特殊作战任务造成了极大的困难，在专家和学者的研究下，研究出了可以实现子弹以一定入射角度跨介质射击的超空泡枪弹，但目前对超空泡这一类跨介质枪弹的研究不够全面，对于适用于普通枪械的以小入射角进行跨介质射击的5.8×42mm超空泡枪弹技术仍未有任何进展。
现阶段的专利公开以及文献资料显示：1)专利(CN201910580221.3)公开了一种适用于小角度入水的超空泡长尾枪弹，其适用于水面舰艇甲板或直升机发射，设置了多级阶梯状的圆柱形空化器改善弹头小角度入水的航行状态，但是该发明只能适用于特定的武器装置，且枪弹需要进行特殊加工，制造较困难，普遍适应性较差。
综上，现有的水下枪弹技术虽然在一定程度上可以实现跨介质射击，但是当以更小的入射角射击时，枪弹射入水下不久便会受到很大的升力作用，使得枪弹弹道方向发生偏转，出现跳弹现象。为此，我们提出一种临界入射角小的旋转稳定的5.8×42mm枪弹。本发明通过选取一定的平头面积比(第一平面与圆柱面的比值)，使得枪弹在以极小入射角射击时，水下弹道和空中的弹道基本重合，仍然可以按照原有弹道运动，入水后也可以保持较好的飞行稳定性，获得较远的射程和较高的精度，不会发生翻转和跳弹现象。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种临界入射角小的枪弹，预防了枪弹在入水后可能产生的翻转和跳弹现象，保证了枪弹在水下的运动稳定性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种临界入射角小的枪弹，其特征在于，枪弹选用全铜材质，包括圆柱部和弧形部，圆柱部和弧形部为一体成型结构，且由一侧向另一侧依次设置为第一平面、第二平面和圆柱面，第一平面和第二平面之间设置有弧形过渡，弧形部半径为枪弹直径的10倍，枪弹总长度为枪弹直径的5倍，枪弹的第一平面面积为圆柱面面积的四分之一，枪弹直径为5.8mm，质量为6g，体积为668.832mm3，表面积为523.320mm2，绕x、y、z轴的三个惯性主力矩分别为Px＝0.023g·cm2、Py＝0.362g·cm2、Pz＝0.362g·cm2；
第一平面和圆柱面的面积比不同的枪弹，当面积比为四分之一时最优，可以达到最小临界入射角；
枪弹的第一平面面积为圆柱面面积的四分之一时，可以使枪弹以一定的临界入射角射入水中而不发生跳弹。
进一步地，第一平面设计为平头，可以在入水时冲开水流形成超空泡，包裹整个弹体。
进一步地，弧形部半径越大，获得最小临界入射角的第一平面面积就越小。
进一步地，当弧形部半径为弹径的10倍时，枪弹越长，获得最小临界入射角的第一平面面积就越小。
进一步地，弧形部按照比例系数选取半径，且枪弹为弧形结构，极大的的减少了空气和水下的阻力影响。
更进一步地，通过FLUENT19.0流体仿真软件对枪弹以不同入射角入水进行了数值模拟，仿真枪弹以不同入射角射入水中的空泡形态和弹道稳定性的变化规律以及所能达到的最小临界入射角。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明所提出的一种临界入射角小的枪弹，以不同平头面积比的枪弹从空中射入水下，得到当平头面积比为四分之一时，枪弹的临界入射角最小，且适用于95-1式5.8mm口径自动步枪；
本发明所提出的一种临界入射角小的枪弹，为平头弹，设置的第一平面可以冲开水流产生超空泡(子弹高速旋转引起局部大气压急剧下降，使附近水的沸点远低于大气压下水的沸点，使水汽化产生气泡，该气泡包裹在子弹周围，使子弹可以在水下维持稳定的运动)；
本发明所提出的一种临界入射角小的枪弹，通过对平头面积比(第一平面和圆柱面的比值)的设置，使得枪弹可以实现以极小临界入射角的跨介质射击，并不会发生翻转和跳弹；
所提出的一种临界入射角小的枪弹，枪弹设置的弧形部可以使枪弹在进行射击入水时最大程度的减小枪弹所受到的来自空气和水下的阻力。
附图说明
为了更清楚地表达本发明实施例的技术方案，下面将通过附图来进行进一步地描述，下面描述的附图仅仅是本发明的实施例，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明的轴测图；
图2为本发明的主视图；
图3为本发明中枪弹二维入水过程计算域及边界条件示意图；
图4为本发明中枪弹二维入水过程计算域的全域初始相图；
图5为本发明中枪弹平面网格示意图。
附图标记说明如下：
1、圆柱部；2、弧形部；3、第一平面；4、第二平面；5、圆柱面；6、弧形过渡。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。
如图1、图2所示，本发明实施例公开了一种临界入射角小的枪弹，枪弹选用全铜材质，包括圆柱部和弧形部，圆柱部和弧形部为一体成型结构，且由一侧向另一侧依次设置为第一平面、第二平面和圆柱面，第一平面和第二平面之间设置有弧形过渡，弧形部半径为枪弹直径的10倍左右，枪弹总长度为枪弹直径的5倍，枪弹第一平面面积为圆柱面面积的四分之一，枪弹设置的弧形结构可以有效减轻枪弹所受到的空气和水下阻力。第一平面可以冲开水流形成超空泡，子弹凭借高速旋转使周围大气压下降，使水的沸点远低于大气压下水的沸点，水蒸发形成气泡，该气泡包裹在子弹周围，使子弹在接近空气密度和粘稠度的条件下在水中运动，极大的增加了枪弹在水中的飞行稳定性。该枪弹根据弹径设置一定的平头面积比(第一平面面积和圆柱面面积的比值)，可以使枪弹以较小的临界入射角射入水中，且不会发生翻转和跳弹现象。该枪弹设置的整体结构，可以使枪弹在以小临界入射角入水撞击阶段尽可能承受小的阻力和升力作用，并在入水后保持原有的弹道，最大程度上避免了弹体抬头发生翻转和跳弹现象。
在本实施例中，枪弹选取全铜材质，一体成型，铜相对于钢等其他材质而言，具有良好的延展性，且强度较好，在水下的抗腐蚀性较其他材料好，良好的延展性可以提高枪弹的精度，并且加工制造相对容易，并且铜弹可以和弹膛紧密贴合，使其结合的更加紧密；同时，铜自身还可以起到润滑的作用，铜导热性好，比热容大，枪弹射出时，可以带走多数热量，降低弹膛的温度，延长弹膛的使用寿命。
如图3所示，显示了一种临界入射角小的枪弹的计算域对称面内示意图以及边界条件，计算域长10m，高10m，宽5m，空气域为3m，水深7m，重力沿y轴方向，初始时刻枪弹轴线与水平面夹角为a，弹体初速度设置为800m/s，计算域自由液面以下为水域，自由液面以上为空气域，定义左右边界为滑移壁面，上边界为压力入口，压强与大气压一致，为101325Pa，下边界为压力出口，如图4所示，自由液面上方设置为水相，自由液面下方设置为空气相，水相和空气相可以分别采用灰色和黑色表示。
如图5所示，是一种临界入射角小的枪弹平面网格示意图，(a)为全局网格示意图，(b)为局部网格示意图，采用了重叠网格技术和6-DOF动网格相结合的方法实现枪弹运动的六自由度解算，可以消除动网格技术中网格重构更新时网格质量变差的结果，并且重叠网格在网格运动期间可以时钟保持很高的网格质量，更加准确的模拟枪弹以极小临界入射角入水的过程，和枪弹试验结果基本保持一致。
在使用时，本发明是基于超空泡原理的临界入射角小的枪弹，通过特殊的平头面积比，可以使枪弹以一定的临界入射角射入水中而不会发生跳弹，由于设置了一定的平头面积比和枪弹的整体结构，使枪弹在入水前后的弹道指标基本相同，且不会发生弹体抬头，在射入水中后保持弹体的稳定性，得到小的侧向偏移量，即保持了枪弹在水中的飞行稳定性。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步地描述，使本领域专业技术人员能够或使用本发明。但是应该理解的是，本文进行的具体的描述，可以在不脱离本发明地精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例进行的各种调整修改，都属于本发明所保护的范围。
Claims (6)
1.一种临界入射角小的枪弹，其特征在于，枪弹选用全铜材质，包括圆柱部和弧形部，所述圆柱部和所述弧形部为一体成型结构，且由一侧向另一侧依次设置为第一平面、第二平面和圆柱面，所述第一平面和所述第二平面之间设置有弧形过渡，所述弧形部半径为枪弹直径的10倍，枪弹总长度为枪弹直径的5倍，枪弹的所述第一平面面积为所述圆柱面面积的四分之一，枪弹直径为5.8mm，质量为6g，体积为668.832mm3，表面积为523.320mm2，绕x、y、z轴的三个惯性主力矩分别为Px＝0.023g·cm2、Py＝0.362g·cm2、Pz＝0.362g·cm2；
所述第一平面和圆柱面的面积比不同的枪弹，当面积比为四分之一时最优，可以达到最小临界入射角；
枪弹的所述第一平面面积为圆柱面面积的四分之一时，可以使枪弹以一定的临界入射角射入水中而不发生跳弹。
2.根据权利要求1所述的一种临界入射角小的枪弹，其特征在于，所述第一平面设计为平头，可以在入水时冲开水流形成超空泡，包裹整个弹体。
3.根据权利要求1所述的一种临界入射角小的枪弹，其特征在于，所述弧形部半径越大，获得最小临界入射角的第一平面面积就越小。
4.根据权利要求1所述的一种临界入射角小的枪弹，其特征在于，当所述弧形部半径为弹径的10倍时，枪弹越长，获得最小临界入射角的第一平面面积就越小。
5.根据权利要求1所述的一种临界入射角小的枪弹，其特征在于，所述弧形部按照比例系数选取半径，且枪弹为弧形结构，极大的减少了空气和水下的阻力影响。
6.根据权利要求1所述的一种临界入射角小的枪弹，其特征在于，通过FLUENT19.0流体仿真软件对枪弹以不同入射角入水进行了数值模拟，仿真枪弹以不同入射角射入水中的空泡形态和弹道稳定性的变化规律以及所能达到的最小临界入射角。
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