某大口径制导炮弹发射过程过载特性研究(2)
5.3 本章小结 23
结 论 24
致 谢 25
参考文献26
1 绪论
1．1 内弹道简介
内弹道学是研究射击过程中弹丸在膛内运动阶段所产生的各种现象的科学。它的产生，以1740年鲁宾士（Robins）采用弹道摆测速为标志，至今已有200多年的历史。19世纪60年代后，诺贝尔（Noble）发明的铜柱测压技术，列萨尔（Resal）发表的弹丸火药气体的能量方程以及文也里（Vielle）提出的火药平行层几何燃烧模型奠定了经典理论的基础。近半个世纪以来，数学，力学，物理学，化学，计算机技术，高速瞬态测试技术等领域的成就，大大促进了内弹道学的发展，使它日趋成熟，为火炮和弹药的研究和发展，提供了理论和实践的基础，成为现代兵器学科体系中一门必不可少的应用学科。
经典内弹道学是建立在热力学平衡态基础上的，求解火药气体在膛内的平均参数随时间变化的规律。在弹道测试中，就压力而言，测得的是膛内某一特定位置的压力值，理论和实验结果对比，要求知道膛内平均压力和不同位置的压力关系。对于弹丸和引信研究者，关心的是弹底压力；对于火炮及后坐机构的研究者，要求知道的是膛底压力，所以理论研究和实际应用都要求确定膛内弹后空间火药气体压力的分布规律。研究发射弹丸过程中的次要功，需要知道火药燃烧气体及未燃完的火药颗粒运动的动能，这就要求确定膛内弹后空间火药气体的速度分布规律。内弹道均相流和两相流气动力数学模型可以解决这个问题，比起经典弹道来说，它更加细致地反应出膛内射击过程，特别是可以计算出膛内压力波对射击过程的影响以及可能出现的反常压力现象。但是由于内弹道气动力模型无法获得解析解，必须借助于电子计算机用数值方法求解。通过编制复杂的计算程序，我们就可以得到所需要的变化规律。
1．2 研究背景
在现代的战争中，火炮对于打击敌方军事力量起到了极为重要的作用。由于传统夫人火炮的精度比较差，而且射程也比较近，已经渐渐的被现代战争淘汰，不能够满足现代战争的需求。20世纪70年代开始，各个国家开始将研究的重心放到了将高新技术运用于现代火炮中，因此在制导炮弹方面各个研发国家都取得了很大的进步。
在未来战场上，由于精确打击的作战任务需求，使得计算机及信息化技术在武器装备中得到了广泛的应用。大口径制导炮弹通过将导航制导器件及控制机构集成在弹丸内，实现了弹丸在飞行过程中的弹道修正以及对目标的精确打击。在发射炮弹时，由于高压气体的推动，弹丸在炮口处获得初速度。在弹丸的加速过程中，必然会对弹丸及其内部器件产生一定的过载，即加速度。这个过载必须在弹载导航制导器件可承受的范围之内，否则会造成器件的损坏。通过对某大口径火炮内弹道过程与制导炮弹过载特性的分析与数值计算，研究膛内火药燃烧及弹丸运动过程中的过载特性，为制导炮弹的内弹道设计提供基础。
1．3 国内外研究现状
1．4 本文的研究内容与方法
本文概述了课题的研究背景以及国内外研究现状，根据炮射导弹的战术和技术要求，以及火炮发射过程中的内弹道特点，构建炮射导弹在膛内运动及导弹过载特征的经典内弹道模型和一文气动力数学模型。本文中，对于经典内弹道模型，我们采用采用龙格-库塔法进行数值求解，对于一文气体动力学数学模型，我们采用MacCormack差分格式进行求解，模拟导弹在膛内运动时受到的加速度及应力等参数的分布及变化规律。根据计算结果分析比较不同的内弹道参量对导弹过载特性的影响，优化炮射导弹的内弹道装药结构。归纳起来，本文做了如下的工作：