膛口制退器对后效期膛内压力的影响分析

2015-12-31梁东晨高建良王明琨刘国栋

机械工程与自动化 2015年1期

梁东晨，高建良，王明琨，刘国栋，王江

（1.95874部队，江苏南京 210022；2.66173部队，山西大同 037000）

0 引言

当弹丸飞出膛口后，内弹道过程即已结束，但为了确定弹丸飞出膛口后火药气体对武器身管的影响，还必须研究后效期膛内压力的变化规律。膛内高压的火药气体从膛口流出后，会产生两个作用：一是火药气体会使后坐部分向后运动，同时促使自动机完成自动动作；二是对离开膛口的弹丸有一段加速的作用［1］。因此，火药的后效期可分为火药气体对后坐部分的后效期和火药气体对弹丸作用的后效期。从弹丸飞离膛口的瞬间开始到膛内气体压力下降到接近大气压力，此时火药气体对后坐部分的作用停止，这一时期称为火药气体对弹丸的后效期。本文主要是对火药气体对后坐部分的后效期进行研究。在此后效期内，火药气体会继续对膛底有向后的作用力，这样会使后坐部分的动能增加，一方面对武器的性能会带来一些不利的影响，但同时这一后效期也有有利的一面，即能够为自动机的动作提供一定的能源，所以研究后效期膛内压力是有重要现实意义的。

1 后效期火药气体膛内压力计算

在火药气体后效期，火药气体对武器体和弹丸的作用十分复杂，为了便于对此进行研究，需要做一些相应的假设。又由于假设会使计算结果出现误差，为了满足使用的要求，在计算中要引用一些经验系数进行修正。在设计计算时，一般采用指数经验公式来进行后效期膛内压力p的计算［2］，即：

2 膛口制退器影响分析

膛口制退器是一种能够控制后效期火药气体流量分配、气流方向和气流速度的排气装置。膛口制退器的主要作用在于能够通过控制后效期火药气体的流量分配和气流速度，产生一个向前的冲量，对枪身提供一个制退力，使炮膛合力减小，从而减小武器的后坐动能和射击载荷［3］。有、无膛口制退器对于后效期膛内气体的作用有较为明显的影响。

2.1 无膛口制退器时后效期膛内压力计算

无膛口制退器时后效期膛内压力p为：

无膛口制退器时后效期膛底合力Fpt为：

无膛口制退器时后效期作用时间τ为：

2.2 有膛口制退器时后效期膛内压力计算

有膛口制退器时的后效系数βT为：

其中：ηT为膛口制退器的制退效率；m为火药气体的绝热膨胀指数，一般取1.2～1.4。

膛口制退器的冲量特征量χ为：

后效期膛底合力Fpt，T为：

3 膛内燃气压力曲线

武器发射过程中，弹丸的运动、自动机的工作循环所需要的能量几乎都是靠火药气体的燃烧所产生的火药燃气压力提供的，所以要分析弹丸在膛内的运动规律及自动机工作循环的运动规律就必须先对火药燃气压力的变化规律进行分析。对火药气体的压力分析分为以下3个阶段：从击发开始到弹丸经过导气孔位置之前；弹丸经过导气孔位置之后到弹丸出膛口；弹丸出膛口至后效期结束［4］。基于某12.7mm机枪内弹道参数，通过MATLAB分析，得到的无膛口装置时膛内压力变化曲线如图1所示，有膛口装置时膛内压力变化曲线如图2所示。

由图1可知，弹丸出膛口后，膛内火药气体压力随着时间的推移逐渐减小。由图2可知，当有膛口制退器时，弹丸出膛口后由于膛口装置的作用，膛内火药气体的压力有一显著的变化，随后随着时间的推移迅速减小。

4 结论

本文主要通过对后效期火药气体膛内压力的计算，分析有无膛口制退器对于后效期膛内气体作用的影响。得出：在有膛口制退器时，弹丸出膛口后由于膛口装置的作用，膛内火药气体的压力有一显著的变化，随后随着时间的推移迅速减小；而无膛口制退器时，弹丸出膛口后膛内火药气体随着时间的推移只是逐渐减小，对武器的后坐没有产生有利影响。即膛口制退器对枪身提供一个制退力，使炮膛合力减小，从而减小武器的后坐动能和射击载荷。