CN115307491B - 一种水下运动稳定的超空泡枪弹 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下运动稳定的超空泡枪弹，涉及枪弹技术领域，包括弹塞和空化器，弹塞一侧依次设置圆柱部和嵌入部，所述圆柱部和所述嵌入部一体成型；所述空化器临近弹塞的部分为圆柱体，空化器由空化器头部、第一圆柱体和第二圆柱体组成，空化器也为一体成型结构；空化器靠近弹塞的一端设置有内孔，弹塞和空化器通过螺纹连接。本发明通过枪弹外形的设计，当枪弹在水下运动时，枪弹被充满水蒸气的大气泡包裹，水对枪弹的粘性阻力大大降低，提高了枪弹在水中运动的稳定性，同时通过空化器内打孔使枪弹质心前移，使得该枪弹水中运动时其阻力中心在质心之后，起到了保持枪弹水中整体稳定性的作用。

Description

一种水下运动稳定的超空泡枪弹

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水下运动稳定的超空泡枪弹。

背景技术

两栖蛙人是各国海军陆战队的拳头部队，有着“水下神兵”的美誉，由于在水下作战，需要为战斗蛙人研制专用武器，水下枪弹的设计就是其中之一，然而水下枪弹的设计与传统枪弹设计区别很大，这是因为水下与陆地环境迥异，水的密度是空气的700多倍，子弹在充满水的枪管运动阻力骤升，容易炸膛，即使子弹射出，也会因为水体阻力的影响而前行不了几米，并且旋转飞行的传统枪弹在水中很容易失稳，精度很低。

现阶段的专利公开以及文献资料显示：专利(CN201810729242.2)公布了一种尾翼旋转稳定高速超空泡射弹，该枪弹在射弹尾部增加尾翼，改善了普通枪弹弹道不稳定，直线性较差的特点。但该枪弹尾翼半径较大，不利于空泡包裹，且该枪弹无法与传统枪弹通用，导致蛙人还需配备专用枪械。专利(CN201711482441.X)公布了一种关于表面控制减阻的超空泡射弹，该枪弹通过传感器获取射弹速度并将速度指标发给控制器，控制器判断空泡形状并控制驱动器改变撑杆和缓冲器径向位置，保证不会缓冲器不会冲破空泡壁，该控制系统和驱动系统较为复杂，应用水下超空泡枪弹比较困难。

为此我们提出一种通用性强，应用性高，水下运动稳定且能在水下保持较高射击精度的超空泡枪弹。本发明枪弹空化器形状的设计使得枪弹外表形成的超空泡更好地包裹住水下运动的枪弹，从而大大降低枪弹前进的阻力，增强枪弹水中运动的稳定性，枪弹弹塞圆柱部和空化器末端的设计也使枪弹水中运动时弹尾不被头部力矩控制，进而使枪弹水中运动保持稳定，保持较高精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水下运动稳定的超空泡枪弹。

本发明技术方案如下：

一种水下运动稳定的超空泡枪弹，包括弹塞及空化器，其特征在于：所述弹塞一侧依次设置圆柱部和嵌入部，所述圆柱部和所述嵌入部一体成型；所述空化器由空化器头部、第一圆柱体和第二圆柱体组成，所述空化器头部、所述第一圆柱体和所述第二圆柱体为一体成型，配合其平底头部设置，水中枪弹高速运动导致其附近产生低压区，使水的沸点低于大气压下的沸点，在子弹表面形成水蒸气保护膜，枪弹周围形成一个空腔，枪弹其余部分不再与水接触，仅有空化器头部受到水的阻力作用，使水对枪弹的干扰作用相对较小，进而使弹道较为准直，使枪弹能在水中保持运动稳定，所述空化器靠近所述弹塞的一端设置有内孔，该结构调整了枪弹自身质心位置，使枪弹质心位置前移，使得该枪弹水中运动时其阻力中心在质心之后，起到了保持枪弹水中整体稳定性的作用；枪弹水下运动时，水下超空泡枪弹尾拍运动时的尾拍阻力和尾拍升力呈现周期性，本枪弹的质心靠前，转动惯量较小，尾拍阻力和尾拍升力的变化周期也较小，枪弹在水下运动稳定，进而也保持较高射击精度；本枪弹在水下运动时空泡会被完全包裹不会形成双空泡流型，并且本枪弹质心位于浸没区外，不会发生在枪弹速度较高时就发生质心前浸湿，质心前区域与空泡晚于枪弹尾部发生碰撞，空泡不会发生剧烈震荡，本枪弹水下运动持续保持稳定，所述弹塞嵌入部嵌入所述空化器内部，所述嵌入部与所述内孔适配连接；所述枪弹质心位置位于枪弹轴线，且距离所述空化器第一锥体和所述空化器第二锥体交界处1.05～1.35mm处，所述弹塞和所述空化器为铜制结构；

所述空化器头部远离所述弹塞设置，所述空化器头部为平底结构，所述空化器头部母线为弧形；

所述第二圆柱体临近所述弹塞设置，所述第二圆柱体总长大于所述第一圆柱体体总长；

所述第二圆柱体的直径小于所述第一圆柱体的直径，所述弹塞圆柱部的直径等于所述空化器第二圆柱体的直径；

所述内孔的总长小于所述空化器第一圆柱部总长和所述空化器第二圆柱体总长之和；

所述内孔壁面设置配合螺纹，所述内孔与所述弹塞嵌入部通过螺纹配合连接；

所述枪弹设计具体过程为枪弹结构设计和枪弹质心位置设计，所述枪弹结构设计包括弹塞结构设计和空化器结构设计；

所述枪弹水中运动时表面发生空化，把空化状态分成了4个不同的阶段：无空化状态、初生空化状态、局部空化状态和超空化状态；

无空化状态是指射弹表面附近流场的压力没有降到水的饱和蒸汽压，没有发生空化现象，即射弹表面完全与水接触；

初生空化状态是指射弹表面附近流场的最小压力低于水的饱和蒸汽压，水开始汽化变成了水蒸汽，在射弹表面开始岀现少量空泡；

局部空化状态是指射弹表面附近开始形成成片的空泡状态，这是由于射弹局部表面的空化数继续下降导致的；

超空化状态是指射弹表面除了头部与水接触，其他部位被水蒸汽所包裹，空泡尺寸大于射弹尺寸；

通过较好的网格质量划分，仿真结果可以看出本枪弹外表超空泡形成质量较好，进而在水中保持较高的稳定性。

进一步的，所述枪弹利用FLUENT软件的6自由度求解器求解枪弹水中运动，根据力的平衡计算射弹的位移、速度参数，确定枪弹质心的位置。

本发明的有益效果为：本发明提出的一种水下运动稳定的超空泡枪弹，在水下2m深时，10m远处枪弹半数命中半径R₅₀小于10cm；水下超空泡生成率大于等于95％。本发明的空化器主要负责产生超空泡，内孔的设置使枪弹质心靠前，起到了保持枪弹水中整体稳定性的作用。空化器外部形状的设计，使枪弹在水中运动时会被空泡完全覆盖，这时流体的粘性力将减小水对枪弹的阻力，使枪弹在水中飞行时保持稳定，进一步使枪弹精准的命中目标；枪弹尾部设计使弹尾不被头部力矩控制，进而使枪弹仍能对准目标飞行，保持水下运动稳定。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提出的一种水下运动稳定的超空泡枪弹整体结构示意图；

图2为本发明提出的一种水下运动稳定的超空泡枪弹弹塞结构示意图；

图3为本发明提出的一种水下运动稳定的超空泡枪弹主视图和剖面图；

图4为水下超空泡枪弹的双空泡流型示意图；

图5为本发明提出的一种水下运动稳定的超空泡枪弹空化状态示意图；

图6为本发明提出的一种水下运动稳定的超空泡枪弹网格划分图和仿真相图；

图7为本发明提出的一种水下运动稳定的超空泡枪弹水下仿真示意图。

附图标记说明如下：

1、空化器；11、空化器头部；12、第一圆柱体；13、第二圆柱体；2、弹塞；3、内孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。此处所说明的附图是本申请的一部分，用来对本发明作进一步解释，但并不构成对本发明的限定。

在本实施例中，相比于普通水下枪弹，本发明的一种水下运动稳定的枪弹的基本尺寸对枪弹的水下运动时的弹道性能和飞行稳定性都有着较大的改善。本枪弹的基本尺寸是根据战术技术要求(水中作战)和枪弹的特点进行的选择，其中，枪弹总长是在弹丸质量已定好确定的，它主要影响水中运动的稳定性，且本枪弹的总长在综合考虑水中阻力矩、枪弹发射强度，枪弹使用和供应的方便性和提高射击精度的情况下确定的；同时，从枪弹水下运动状态考虑，本枪弹弹塞和空化器尾部的圆柱体尺寸，使得膛内导引性能好，出炮口章动小，具有较好的水中运动稳定性，从而提高射击精度；枪弹头部尺寸和形状对水下形成超空泡的质量影响较大，本枪弹空化器为平底头部的弧形锥体结构，其母线形状为弧线，在增加超空泡形成率的同时又降低了枪弹的制造工艺难度。

如图1所示，本发明的水下运动稳定的枪弹包括空化器1和弹塞2，空化器1由空化器头部11、第一圆柱体12和第二圆柱体13组成，空化器为一体成型结构。空化器1头部设置的第空化器头部11，配合其平底头部设置，水中枪弹高速运动导致其附近产生低压区，使水的沸点低于大气压下的沸点，在子弹表面形成水蒸气保护膜，枪弹周围形成一个空腔，枪弹其余部分不再与水接触，仅有空化器1头部受到水的阻力作用，使水对枪弹的干扰作用相对较小，进而使弹道较为准直，使枪弹能在水中保持运动稳定。

在本实施例中，空化器1内部设置内孔3，该结构调整了枪弹自身质心位置，使枪弹质心位置前移，使得该枪弹水中运动时其阻力中心在质心之后，起到了保持枪弹水中整体稳定性的作用。枪弹水下运动时，水下超空泡枪弹尾拍运动时的尾拍阻力和尾拍升力呈现周期性，本枪弹的质心靠前，转动惯量较小，尾拍阻力和尾拍升力的变化周期也较小，枪弹在水下运动稳定，进而也保持较高射击精度。本枪弹在水下运动时空泡会被完全包裹不会形成双空泡流型(如图4所示)，并且本枪弹质心位于浸没区外，不会发生在枪弹速度较高时就发生质心前浸湿，质心前区域与空泡晚于枪弹尾部发生碰撞，空泡不会发生剧烈震荡，本枪弹水下运动持续保持稳定。

在本实施例中，弹塞2由圆柱部和嵌入部组成，且也为一体成型结构，弹塞圆柱部的直径等于空化器第二圆柱体13的直径，并且小于空化器第一圆柱体12的直径，枪弹在水下运动时，由于枪弹不与水接触，只有头部与水接触并相互作用，弹头会产生一定的翻转力矩和初始角速度，并给弹尾一定的摆动力矩，因此使弹尾侵入到空泡壁以外的水里，产生尾击，本发明设计的尾端面较小，使弹尾被空泡壁以相反的角速度弹回时，头部力矩不能控制它，弹尾最终脱离该侧面的空泡壁，朝相反方向碰击空泡壁，反反复复，使枪弹水下运动仍能保持稳定。

在本实施例中，空化器1和弹塞2为铜制结构，铜的延展性比较好，加工相对容易，水下不易生锈，同时对枪的磨损率非常之低起到润滑作用，在发射时的一瞬间可以和枪膛配合紧密，起到密封高温气体的作用，在弹头离开枪管后膛内压力下降又可以恢复到原来的形状，减小了对枪膛的磨损。

所述水下枪弹水中运动时表面发生空化，根据空化状态发生的程度，把空化状态分成了4个不同的阶段(如图5所示)，分别为：(1)无空化状态：无空化状态是指射弹表面附近流场的压力没有降到水的饱和蒸汽压，没有发生空化现象，即射弹表面完全与水接触。(2)初生空化状态：初生空化状态是指射弹表面附近流场的最小压力低于水的饱和蒸汽压，水开始汽化变成了水蒸汽，在射弹表面开始岀现少量空泡。(3)局部空化状态：局部空化状态是指射弹表面附近开始形成成片的空泡状态，这是由于射弹局部表面的空化数继续下降导致的。(4)超空化状态：超空化状态是指射弹表面除了头部与水接触，其他部位被水蒸汽所包裹，空泡尺寸大于射弹尺寸。图6～7为本所述枪弹的仿真效果图，通过较好的网格质量划分，仿真结果可以看出本枪弹外表超空泡形成质量较好，进而在水中保持较高的稳定性。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之。

Claims (2)

1.一种水下运动稳定的超空泡枪弹，包括弹塞及空化器，其特征在于：所述弹塞一侧依次设置圆柱部和嵌入部，所述圆柱部和所述嵌入部一体成型；所述空化器由空化器头部、第一圆柱体和第二圆柱体组成，所述空化器头部、所述第一圆柱体和所述第二圆柱体为一体成型，所述空化器靠近所述弹塞的一端设置有内孔，所述弹塞嵌入部嵌入所述空化器内部，所述嵌入部与所述内孔适配连接；所述枪弹质心位置位于枪弹轴线，且距离所述空化器第一锥体和所述空化器第二锥体交界处1.05～1.35mm处，所述弹塞和所述空化器为铜制结构；所述空化器头部远离所述弹塞设置，所述空化器头部为平底结构，所述空化器头部母线为弧形；所述第二圆柱体临近所述弹塞设置，所述第二圆柱体总长大于所述第一圆柱体总长；所述第二圆柱体的直径小于所述第一圆柱体的直径，所述弹塞圆柱部的直径等于所述空化器第二圆柱体的直径；所述内孔的总长小于所述空化器第一圆柱体总长和所述空化器第二圆柱体总长之和；所述内孔壁面设置配合螺纹，所述内孔与所述弹塞嵌入部通过螺纹配合连接；所述枪弹设计具体过程为枪弹结构设计和枪弹质心位置设计，所述枪弹结构设计包括弹塞结构设计和空化器结构设计；所述枪弹水中运动时表面发生空化，把空化状态分成了4个不同的阶段：无空化状态、初生空化状态、局部空化状态、超空化状态。

2.根据权利要求1所述的一种水下运动稳定的超空泡枪弹，其特征在于：所述枪弹利用仿真软件的6自由度求解器求解枪弹水中运动，根据力的平衡计算射弹的位移、速度参数，确定枪弹质心的位置。