CN215373702U - 一种自增焓持续动燃推进装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自增焓持续动燃推进装置，包括：在身管内壁规则布置装药结构，装药形式可以是凹槽、药室等。弹丸被底火推进后，前方形成冲击波，在弹底高温高压燃气和固体微粒以及冲击波压缩下装药结构被引燃，降低由于弹丸高速运动弹后空间形成的压力梯度，削弱稀疏波影响，在弹底部形成一个较高的、近似恒定的压力，并增加弹丸后方体系的焓值，提高总温，使弹丸达到较高速度。所述结构装药可以是利用炮管内膛线之间的缝隙，也可以是凹槽、凹坑等，布置形式根据需要而定，比如螺旋分布、直线分布等。本实用新型不仅提高了弹丸的出口速度，而且还降低了主药室的膛压。

Description

一种自增焓持续动燃推进装置

技术领域

本实用新型属于发射技术领域，具体涉及一种自增焓持续动燃推进装置。

背景技术

由于高初速弹丸发射装置在现代技术中具有不容置疑的优越性，世界各国研究人员一直以来都在不断探索研究如何提高弹丸或破片的发射速度。从早期的火炮、轻气炮，到后来的电磁炮、电热化学炮等，目前已经发展了一系列新型的加速手段。尽管目前上述手段各有优点，但受到当前的基础条件、经费及应用等原因的影响，在短期内将其技术应用到实战和工程毁伤终点效应冲击实验研究的仍有一定的困难。

当前发射装置主要以火炮、轻气炮及电磁炮为主。在兵器技术上主要是利用火药爆燃时产生大量的高温高压气体膨胀做功，沿身管直线推动弹丸实现高速运动。多年来提高弹丸初速技术主要集中在改进火药燃烧面积、增加膛内的装药量、提高火药的燃烧速度、提高火药燃烧热等方面，经过几十年的发展，直到现在普通弹丸发射的速度也仅在1800m/s左右。专家认为，传统火炮的性能已经接近极限。传统轻气炮是通过压缩气体推动弹丸运动，运用弹托分离技术发射弹丸，开展防护结构的弹道测试。虽然目前轻气炮能够发射超高速弹丸，并且一致性和速度稳定性均较好，但只能加速克质量级弹丸，成本高，防护困难而且要求开炮机构在瞬间阀开启要大，速度要快，对大质量弹丸的加速不易实现。电磁炮则是利用电磁系统中电磁场产生的安培力来对金属弹丸进行加速。由于其加载的破片或弹丸形状不受身管形状约束，工作稳定，重复性好，易于调整射程，受到广泛重视。然而，电磁炮加速弹丸需要通过多级线圈加速完成，加速过程的操作非常复杂，仅能对克质量级破片进行超高速发射，且电容对线圈充放电时电流很大，会产生过热，降低电磁炮的使用寿命。

实用新型内容

弹丸的发射过程，是以火药作为能源。在外界适当能量作用下，火药进行迅速而有规律地燃烧，同时产生大量的高温燃气。为了发射弹丸，首先利用机械方式(或电、光等)作用于底火，使底火药着火。在底火被击发后，底火产生的火焰将引燃火药床中的点火药，使点火药燃烧产生高温高压的气体和固体颗粒，并通过对流及辐射的方式引燃靠近点火药的发射药，之后进一步引燃整个火药床。随着火药的燃烧产生大量高温高压气体，弹后空间的气体急剧膨胀驱动弹丸在身管内高速运动。

在弹丸高速运动过程中，弹后空间的固体火药在持续燃烧并不断补充高温燃气，高温高压燃气的急剧膨胀使弹丸以及身管内产生多种形式的复杂运动，包括弹丸的运动、弹丸与身管之间的摩擦、正在燃烧的固体火药和燃气的运动、火药气体与身管之间的热交换、火炮的后座等等。这些运动同时发生又相互影响，形成了膛内燃气压力变化的特性。其中，火药燃气的生成速率和由于弹丸运动形成弹后空间增加的速率，是决定这种变化的两个主要因素。燃气生成速率的增加使膛内压力上升，弹后空间的增加又使膛内压力下降，而膛压的变化又反过来影响火药燃气的生成速率和弹丸的运动。在开始阶段，由于火药的燃气生成速率超过弹后空间增加，弹后压力将不断上升。当这两种效应达到平衡时，弹底的压力将达到最大，即p＝p_m。而后随弹丸速度的不断增大，弹后空间不断增加，在弹底后方持续产生的稀疏波的作用下，膛内压力开始降低，导致弹丸的加速度降低。

根据内弹道理论，若要提高弹丸的初速，就需要增加p-l曲线下的面积。就火药装药本身而言，可以将p-l曲线适当向上移动(增加火药气体总量)以及通过改变p-l曲线的形状(改变燃气的生成规律)。比较理想的方案就是保持弹丸在身管内运动过程中弹后压力不变，即p＝p_m，即形成所谓的压力平台效应。根据经典内弹道学，弹丸运动方程：

式中，

是弹丸的虚拟质量系数，m为弹丸质量，v为弹丸速度，S为身管内截面积，p为弹底压力。此时弹丸获得的初速是在给定压力下可能达到的最大速度。但在实际情况下，用现在的火药及装药技术来实现压力平台是不可能的。但是，适当改变p-l曲线的形状，使其在最大压力附近的曲线变得平缓还是可以做到的。

本实用新型提供的一种自增焓持续动燃推进装置，就是基于以上原理，针对现有技术推动弹丸发射装置存在的问题，将弹丸发射装药结构进行必要的调整，主要思路是：在身管内壁规则布置装药结构，装药形式可以是凹槽、药室等，弹丸被底火推进后，前方形成冲击波，在弹底高温高压燃气和固体微粒以及冲击波压缩下装药结构被引燃，同时为弹丸底部提供持续的推进力，并增加弹丸后方体系的焓值，提高总温，削弱稀疏波影响，保证弹丸有持续的推动力，达到较高速度。所述装药结构可以是利用炮管内膛线之间的缝隙，也可以是凹槽、凹坑等，布置形式根据需要而定，比如螺旋分布、直线分布等。

本实用新型采用的技术方案为：一种自增焓持续动燃推进装置，包括：在身管内壁规则布置装药结构，所述装药结构可以是利用炮管内膛线之间的缝隙、凹槽或凹坑，装药结构布置形式根据需要而定。

进一步地，所述自增焓是指在弹丸底部产生持续反应，持续释放能量，增加弹丸底部区域介质焓值，削弱稀疏波影响。

进一步地，在身管内壁规则布置装药结构，弹丸被底火推进后，前方形成冲击波，在弹底高温高压燃气和固体微粒以及冲击波压缩下装药结构被引燃，同时为弹丸底部提供持续的推进力，并增加弹丸后方体系的焓值，提高总温，削弱稀疏波影响，保证弹丸有持续的推动力，达到较高速度。

进一步地，所述的装药结构布置形式为螺旋分布或直线分布。

本实用新型一种自增焓持续动燃推进装置，其应用将会带来飞跃性的效果：

(1)按照所述装置，对于主药室的装药采用高渐增性火药，改变了燃气的生成规律，使身管内的压力从弹丸开始运动到最大压力时间间隔缩短，增大了p-l曲线的面积。

(2)按照所述装置，在药室和身管药室之间放置挡药片，不仅保证装药安全，避免火药处于松散状态泄漏，而且保证弹丸具有一定的拔弹力和初始压力，从而获得预定的弹丸速度，达到稳定的内弹道性能和初速的目的。

(3)按照所述装置，在身管内部进行凹槽火药装药。在弹丸运动过程中由弹前冲击波和弹后主装药产生高温高压燃气以及固体微粒作用引燃身管凹槽装药，降低弹丸高速运动弹后空间形成的压力梯度，形成一个较高的、近似恒定的压力，进而提高弹丸速度。

(4)按照所述装置，身管内部凹槽装药设计符合能量可调的原则，根据每次的具体实验装药，设计不同的凹槽或凹坑、以及不同凹槽或凹坑装药下的装药密度和长度，从而获取所需的弹丸速度。

(5)按照所述装置，相对于现有利用火药或发射药作为能源的弹丸发射技术装置，不仅提高了弹丸的出口速度，而且还降低了主药室的膛压。

附图说明

图1为本实用新型一种自增焓持续动燃推进装置直装药原理图；

图2为本实用新型一种自增焓持续动燃推进装置渐增性装药原理图；

图3为本实用新型一种自增焓持续动燃推进装置凹坑装药原理图。

其中附图标记含义为：发射机构1、挡药片2、身管3、弹丸4、发射药5、凹槽或凹坑装药6。

具体实施方式

在实际应用中，本实用新型的一种自增焓持续动燃推进装置在身管内壳进行凹槽装药。该装置可加工不同规格的身管，根据需要在一定长度的身管内进行火药或发射药装药，装药的身管长度以及密度可根据需求进行调整，使得弹丸速度达到预期要求，而且相对于现有以火药或发射药作为能源的弹丸发射技术装置，不仅大幅度提高了弹丸的出口速度，而且降低了主药室的膛压。

下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本实用新型。

实施例1

参考图1，首先选取身管3，在身管3内部加工直方形的凹槽，进行凹槽装药6，并将弹丸4置于身管3的一端；然后在发射机构1中进行发射药装药，将挡药片2置于发射机构1和身管3之间；之后将带有弹丸4的一段组合身管通过螺纹嵌入发射机构1中；再然后将安装好的装置固定；最后通过发爆器进行引爆。

实施例2

参考图2，首先选取身管3，在身管3内部加工成尺寸逐渐增大的凹槽，进行凹槽装药6，并将弹丸4置于身管3的一端；然后在发射机构1中进行发射药装药，将挡药片2置于发射机构1和身管3之间；之后将带有弹丸4的一段组合身管通过螺纹嵌入发射机构1中；再然后将安装好的装置固定；最后通过发爆器进行引爆。

实施例3

参考图3，首先选取身管3，在身管3内部具有一定大小和深度的凹坑，凹坑按螺旋分布布置，进行凹坑装药6，并将弹丸4置于身管3的一端；然后在发射机构1中进行发射药装药，将挡药片2置于发射机构1和身管3之间；之后将带有弹丸4的一段组合身管通过螺纹嵌入发射机构1中；再然后将安装好的装置固定；最后通过发爆器进行引爆。

上述各实施例中，发射机构1内的发射药在发爆器的作用下产生的高温高压气体，该气体将对挡药片2在沿身管3轴线方向进行剪切，使剪切下来的圆片在高压气体作用下推动弹丸4高速运动，保证了一定的拔弹力和初始启动压力。在弹丸4高速运动的过程中，由弹前冲击波和弹后主装药产生高温高压燃气以及固体微粒作用引燃身管凹槽装药6，降低弹丸高速运动弹后空间形成的压力梯度，形成一个较高的、近似恒定的压力，进而提高弹丸速度。

以上结合附图对本实用新型的实施过程做出了详细说明，但本实用新型的实施方式却不仅限于此。对于本领域的技术人员在不改变本实用新型原理以及精神内容的情况下，对本实用新型的实施方式进行修改、变形以及改进等均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种自增焓持续动燃推进装置，其特征是：在身管内壁规则布置装药结构，所述装药结构是利用炮管内膛线之间的缝隙、凹槽或凹坑，装药结构布置形式根据需要而定；

所述的装药结构布置形式为螺旋分布或直线分布；

凹槽为直方形的凹槽或者尺寸逐渐增大的凹槽；

凹坑具有一定大小和深度的凹坑，凹坑按螺旋分布布置。

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