上个世纪90年代, Talley做了一项设计实验,他认为采用多级渐扩型燃烧室结构可以控制整装式液体发射药火炮燃烧稳定性,然而根据结果验证了他的想法。 90年代中后期,Bracuti也提出采用渐扩型药室来控制燃烧稳定性。Despirito[9]还通过数值模拟整装式液体炮内弹道过程,提出用 CRAFT Navier-Stokes 方程可近似模拟整装式液体发射药火炮内弹道过程。
综上,多位科学家们通过实验证明了多级渐扩型的充液室结构确实可以用来控制整装式液体发射药火炮的燃烧稳定性,如果改变充液室喷嘴直径或是改变长度与直径之比也能影响燃烧的稳定性。
3 国内的液体炮技术的发展现状
20世纪70年代开始,90年代便启动了对于再生式液体炮的研究。金志明等人[37-39]、余永刚[40]等人都做了很多很多的研究,对内部燃烧机理,对燃烧不稳定问题,对燃烧室边界形状的设置等等都做了探讨,还建立了描述燃气射流扩展过程的数学物理模型,得出阶梯渐扩型燃烧室结构对提高弹道一致性有很大的帮助。
为了研究多级渐扩结构中气液相互作用的机理,齐丽婷等[6]开展了平面观察室中,探讨边界形状对气液相互作用过程影响。
在此基础上,以渐扩型药室结构为背景,余永刚等[6-10]曾开展了含能气体射流与液体工质相互作用的实验研究。余永刚[6-10]等人设计了整装式液体药点火喷射模拟装置,将平面观察室改为圆柱观察室,更接近于液体炮药室结构,观测在平面二维射流、圆柱三维射流条件下分析气体射流在液体中的喷射扩展过程,探讨喷射压力、喷孔直径和渐扩结构变化对气液掺混过程的影响。此外,余永刚等人还针对实验中出现的喷孔阻塞问题,进行了射流阻塞现象分析。在此研究中得出在渐扩型结构中气液掺混充分,未留下反应死角,射流头部发展也稳定,具有较好的一致性;若增大喷射压力或者喷孔直径,都会使射流强度增加,提高轴向扩展速度,但射流的不稳定性也随之增加;适当增加台阶数,对射流的径向扰动较大,降低轴向扩展速度,有利于抑制射流的随机性。喷孔阻塞时射流扩展缓慢且形态不规则,具有随机性,影响气液掺混,不利于射流的稳定性。