复合式炮口制退器上舰研究

邵中年,张志瑞,苏 冰

(海军驻包头地区军事代表室,内蒙古包头 014033)

复合式炮口制退器上舰研究

邵中年,张志瑞,苏 冰

(海军驻包头地区军事代表室,内蒙古包头 014033)

随着大口径舰炮炮口动能的大幅度提高,后坐阻力相应增加,舰炮质量也不断增大。针对无炮口制退器后坐阻力太大,加装炮口制退器侧面向冲击波又影响舰面设施的矛盾,利用涡流前喷和消声器的原理,提出了复合式炮口制退器理论技术方案。理论分析和试验表明,复合式炮口制退器能有效解决制退效率和冲击波对舰面设施影响的矛盾,为大口径舰炮安装炮口制退器提供了理论基础。

机械设计;大口径舰炮;炮口制退器;冲击波

炮口制退器可有效降低大口径火炮的后座阻力,对减小炮架质量很有好处。但安装后射流及冲击波对周围影响较大,为避免对舰面设施造成破坏,大口径舰炮一般不安装炮口制退器。

随着远程精确打击弹药的发展,使得大口径舰炮的炮口动能大幅度提高,如某新型大口径舰炮的炮口动能是原有的该口径舰炮炮口动能的150%,后坐阻力相应增加了40%多,进而增加了舰炮质量,而加装炮口制退器是一个行之有效减阻、降重措施,但如何解决冲击波对舰面设施的影响又是一个难题。

1 炮口流场分析

1.1 不带炮口装置的火药气体流场

弹丸出炮口后,高压火药气体高速喷出,在炮口周围会产生一个不断向外传播的炮口冲击波和一个相对稳定在炮口的超音速射流,炮口冲击波是一个近似球形的冲击波,如图1所示。火药气体除了向各个方向膨胀以外,还有一个向前的轴向动量,从而使冲击波球沿轴线向前运动。

1.2 带炮口制退器的火药气体流场

当火炮安装炮口制退器时,炮口流场将随之发生变化,中央弹孔及各侧孔分别形成独立的气体射流和冲击波,这些射流与冲击波的特性分别与单一气体相似,如图2所示。这些冲击波在空洞合成的结果即为最终的炮口冲击波场,用4个球型冲击波(冠状冲击波、中央弹孔冲击波及两侧孔冲击波)在空中相交的物理模型可以近似模拟带炮口制退器时的炮口冲击波场,如图3所示。

2 复合式炮口制退器

火炮工程实践表明,炮口冲击波是危及炮手安全、损坏周边设备的主要因素。如何降低炮口制退器的侧向冲击波是本文研究的重点,也是实现炮口制退器上舰的基本前提。

2.1 涡流前喷原理

如果让火药气体先向后再向前,将大大降低侧向冲击波。在炮口制退器后端加装返流罩,运用涡流前喷原理使火药气体先向后再向前,如图4所示。当弹丸出炮口后,火药气体通过排气孔排出,在喷管罩的作用下向后喷,当气体碰到返流罩时又折返向前方。由于火药气体向后的速度大于折返向前方的速度,并且通过返流罩的角度设计,便可达到制退效果。但是,弹丸从出炮口到出制退器口的时间很短,大约0.4 ms。要想释放尽量多的气体,就必须有大的气体通道。受结构限制,喷管扩散的角度不可能太大,气体通道不可能太大,制退效率不会很高。这样虽然控制了射流及冲击波的方向,但不能获得理想的制退效率。

2.2 复合式制退原理

复合式炮口制退器采用消声器的原理和涡流前喷原理复合而成,如图5所示。火药气体通过炮口制退器内筒的排气槽排出后,冲击制退斜面提供制退力,同时气流在四散过程中撞到外筒壁,产生左右偏转,并和相邻气流相撞后通过外筒排气槽排出,从而实现减弱排出气流冲击波强度的目的。其流场照片如图6所示。

3 结 论

通过理论分析和试验表明,复合式炮口制退器能有效解决制退效率和冲击波对舰面设施影响的矛盾,为炮口制退器上舰奠定了基础。

References)

[1]高树滋,陈运生,张月林,等.火炮反后坐装置设计[M].北京:兵器工业出版社,1995:54-57.

GAO Shu-zi,CHEN Yun-sheng,ZHANG Yue-lin,et al.Design of gun recoil mechanism[M].Beijing:The Publishing House of Ordnance Industry,1995:54-57.(in Chinese)

[2]陈健元.机械可靠性设计[M].北京:机械工业出版社,1986.

CHEN Jian-yuan.Mechanical reliability design[M].Beijing:China Machine Press,1986.(in Chinese)

[3] 邱宣怀,郭可谦,吴宗泽,等.机械设计[M].北京:高等教育出版社,1999.

QIU Xuan-huai,GUO Ke-qian,WU Zong-ze,et al.Mechanical design[M].Beijing:Higher Education Press,1999.(in Chinese)

[4]马正清.浅析现代中口径舰炮的设计思想及其特点[J].一重技术,1993(3):25-30.

M A Zheng-qing.Analysis of design thought and characteristic of modern middle caliber naval gun[J].CFHI Technology,1993(3):25-30.(in Chinese)

[5]顾维群.现代舰炮的发展方向[J].一重技术,1993(3):22-24.

GU Wei-qun.Development trend of modern naval gun[J].CFHI Technology,1993(3):22-24.(in Chinese)

Investigation of Combined Muzzle Brake Mounted on Warship

SHAO Zhong-nian,ZHANG Zhi-rui,SU Bing

(Naval Military Agency in Baotou Area,Baotou 014033,Inner Mongolia,China)

Along with the muzzle energy of large caliber naval gun increasing by a wide margin,recoil resistance correspondingly increased,and mass of naval gun also continuously increased.Aimed at the contradiction problems of too large recoil resistance of muzzle brake and the influence of side face shock wave on equipment mounted on warship after retrofitting muzzle brake,with the aid of eddy current front jet principle and silencer principle,theory technical solution of combined type of muzzle brake was put forward.Theoretical analysis and test results showed that the combined type of muzzle brake can effectively solve the contradiction problems of recoil efficiency and the influence of shock wave on equipment mounted on warship,and this kind of muzzle brake can provide theoretical basis for mounting the muzzle brake on large caliber naval gun.

mechanical design;large caliber naval gun;muzzle brake;shock wave

TJ391

A

1673-6524(2010)04-0060-03

2010-01-27;

2010-08-30

邵中年(1963-),男,高级工程师,主要从事舰炮技术研究。E-mail:shaozhongnian@sina.com