新概念武器发射原理考点整理必过.docx

新概念武器发射原理考点整理必过1三种假设下气流的极限速度 (1).定常假设下的极限速度 (2) 假设气体在膛内为一维定常等熵流动，则能量方程为 u2rh+=常数，h=cpT=RT 2r-1采用滞止参量表示，则有u=æ2rTö÷RT0ç1-ç÷ r-1T0øè(2).气体无限膨胀时，其温度趋于零，因此定常等熵条件下气体的极限速度为(1)uIm=2c0 r-1其中c0为滞止音速，c0=rRT0 (3).经典内弹道理论中，在Lagrange假设下，当火药的全部潜能都转化为气体动能时，膛内气体流动速度达到最大 6wf16f(2)(2)2(2)=c0 =wuIm,即uIm=；若用滞止温度表示火药潜能，则有 uImr-1q6q()2. 一维流动的连续性方程、动量方程和能量方程 非定常等熵假设下的逃逸速度 一维非定常等熵流动的基本方程为 ¶r¶ru+=0¶t¶x¶ru¶ru2¶r+=0 ¶t¶x¶xöæö¶æçp÷+u¶çp÷=0r÷r÷¶tç¶xçèrøèrø3.等截面身管膛内气体压力扰动的传播过程 当弹丸在膛内开始运动是，紧连弹后的空间由于弹丸移动而出现一个低压区。弹底的那层气体迅速锁着弹丸移动而进入低压区，于是弹底压力开始下降。由于第一层气体的运动，紧挨在第一层气体后面的气体层也同样与一个低压区相邻，并跟着进入低压区。以此类推，后面的每一层气体后面的气体都相继进入它前面刚刚形成的低压区。这一系列相连的运动就形成了气体中以声速传播的扰动。 4.一级轻气炮的工作原理和弹丸炮口速度 一级轻气炮的工作原理 发射前，首先对气室抽真空，然后对靶室抽真空，达到规定的真空度后，接通高压气源向气室注入轻气到指定的压力。发射时，通过释放机构的快速打开，气体压力直接作用到弹丸底部，弹丸被加速直到飞出发射管。 求炮口速度，假设： (1) 轻气为理想气体，在整个内弹道期间为绝热膨胀； (2) 不考虑各种损耗的具体形式，将其折合到次要功计算系数中考虑。 一级轻气炮内弹道方程组 ìdnSpïdt=jmïrïæV0öïíp=p0ççV+Sx÷÷ è0øïïdxï=ndtïîr-1æV0öù2p0V0éê1-çú ÷由上述方程组，可以推导出弹丸的炮口速度为 ne=ç÷(r-1)jmêèV0+SLøúëû5. 二级轻气炮的工作原理 利用火药气体推动活塞，通过活塞压缩加热轻气，然后被压缩气体在推动弹丸运动。 6. 整装式液体发射药火炮的内弹道过程 在膛底点燃装填在药室中的液体燃料，局部被点燃后生成的燃气形成了气穴，燃烧即在气穴内的气液上面进行。气穴内燃气在气液交界面上存在相对运动，导致Kelvin-Helmholtz不稳定性，这种扰动造成界面上气液两相混合而使液体发生破碎。液体燃料的破碎提供了更多的燃烧表面，使燃烧加快进行，气穴最终将穿透液柱而追上弹丸。很显然，整装式液体发射药火炮的內弹道过程是一种利用液体不稳定性造成气液混合使之充分燃烧的过程。 7.再生式液体发射药火炮的内弹道过程 通过机械方式将液体燃料按一定规律注入燃烧室。燃料最初装在一个贮液室中，贮液室与燃烧室之间由一个活塞隔开。在内弹道过程中，由点火的作用推动活塞压缩贮液室中的燃料，通过活塞上的喷射孔将燃料喷射到燃烧室，并使之雾化和充分燃烧，生成的燃气推动弹丸运动。 8. Lagrange假设下再生式液体发射药火炮膛内气流的速度分布和弹后空间的压力分布 气动力数学模型和速度分布 ì¶rA¶rAuï¶t+¶x=0ï2ï¶rAu+¶rAu=-A¶pï¶t¶x¶xï¶rAye¶rAuye¶AurAfæ¶y¶y+=-p+uçï¶x¶xg-1è¶t¶xï¶tíæ11-yöïpç÷-ay-=(g-1)yeç÷rLøïèrïdzu1npï=ïdtrL0ï12öæy=3z1-z+z÷çï3èøî¶u¶u1¶p¶r¶ru+u=-+=0¶xr¶x ¶t¶x ¶tö÷ø忽略弹后空间膛内截面积的变化，则连续性方程和动量方程可简化为 弹底处：Apb=j1mdvdt 膛底处：(A-AD)pp-(AR-AD)pL=jp1mpdvpdt 1¶r¶u=-¶x 根据Lagrange假设，连续性方程可写为 r¶t上式等号左边与x无关，因此积分后为u=k1x+k2。可以看出，膛内燃气的流动速度为线性分布. 设活塞未运动时前端面位置为坐标原点，某瞬间弹丸运动距离为L、活塞运动距离为l，则当x=-l 时，性分布公式，可得： ì-vp=-k1l+k2íîv=k1L+k2u=-vp；当x=L 时，u=v。将此边界条件代入速度线联立求解后，燃气速度分布为 u=v(1+Zx-Zb)+vp(Zx-Zb)Zx=xLZb=L+l，L+l。 弹后空间压力分布 dvpdudv=(1+Zx-Zb)+(Zx-Zb)dtdtdt对燃气速度分布公式求导，可得： 将弹丸运动方程、活塞运动方程和上式代入动量方程，则 Ap¶pdu1=-r=-rb(1+Zx-Zb)-r(A-AD)pp-(AR-AD)pL(Zx-Zb)¶xdtj1mjp1mp采用相对坐标 Zx，积分上式并利用弹底条件，可求得压力分布为 ìhMLp=í1+îj1m11hMLé2ùü(Z-Z)-(Z-Z)p-(Zb-Zx)2(A1pp-A2pL)ýxbxúbêb22jp1mpëûþ9. 电磁炮的关键技术 (1) 脉冲功率源技术 (2) 电磁发射器系统设计技术 (3) 材料技术 (4) 大电流开关技术 10. 电磁导轨炮、线圈炮、重接炮的工作原理 导轨炮：电源开关接通时，电流有一条导轨流经电枢，再由另一条导轨反向流回，从而构成闭合回路。强大的电流流经两平行导线是，在导轨之间产生了强大的磁场，这个磁场与流经电枢的电流相互作用，产生洛仑磁力。该力推动电枢和置于电枢前面的弹丸沿导轨加速运动，从而使弹丸获得超高速。 线圈炮：发射时，依次给驱动线圈充电，在线圈周围I形成强大的磁场与弹载线圈的磁场相耦合，产生电磁力推动弹丸运动。 重接炮：变化磁场对弹丸感生涡流，涡流与重接磁场相互作用产生电磁力来加速弹丸。 11. 恒流条件下固体电枢电磁导轨炮的弹丸最大速度 固体电枢内弹道方程组 dn=FM 弹丸运动方程为 (ma+m)dt导轨炮从电路观点来看，本质上可等效为脉冲功率源和电阻、电感组成的放电回路，只是随着电枢、弹丸的运动，总电阻、电感线性增大，即 ¢xLr=L0+Lr¢xRr=R0+Rr d(Lri)+iRr+Ub=0 dt1对于这样的RL载流回路，它所蕴藏的磁场能量为 EM=Lri2 2根据Kirchhoff定理，回路电压方程为 æ¶Eö1则磁场力为 FM=çM÷=Lr¢i2 è¶xøt2dn12=Lr¢i dt2同样地，将电阻、电感表达式代入回路电压方程，有 将磁场力表达式代入弹丸运动方程，可得 (ma+m)di¢x)+Ub=0+i(R0+Rrdt ¢v+(L0+Lr¢x)iLr假定放电回路电流为恒流 ，则可求得理论上的弹丸最大速度为nmax= Lr¢I2xmaxma+m12、等离子体电枢和弹丸速度随时间的变化规律 等离子体电枢内弹道方程组 ìdïdt(ma+m)v=FM-FD-FGïdmïa=ai2Raïdtïdi¢v+(L0+Lr¢x)+i(R0+Rr¢x+Ra)+Ub=0íiLrdtïïE=1(L+L¢x)i2+maRT+j1(m+m)v2+ti2(R+R¢x+R)dtra0raï0200k-12ïdxï=vîdt ò假设等离子体注入速度大于其烧蚀阈速度，即不考虑等离子体对壁的烧蚀效应。忽略空气阻力及弹丸与壁间的湍流阻力，脉冲电流为恒流，则运动方程变为 (ma+m)mmdv1¢I2-iav2=Lrdt22d 假设摩擦系数为定值，上式可改写为 ¢I2mimadvLr2+v-=0dt2(ma+m)d2(ma+m)为求解方便起见，令 mimaìA=ï2(ma+m)dïí2¢LIrïB=ï2(ma+m)î 则前面的方程可写为 dv+Av2-B=0dt 积分上式，解出速度得 v=B(B+Av0)e2ABt-(B-Av0)=A(B+Av)e2ABt+(B-Av)00BAB(e2ABt-1)+Av0(e2ABt+1)B(e2ABt+1)+Av0(e2ABt-1) 13.电热化学炮的内弹道循环过程 射击开始时脉冲电流在放电管内加热金属丝并将其引爆生成高温金属等离子体，这部分等离子体继续烧蚀、离解放电毛细管壁材料产生更多的等离子体。 放电管内高温高压等离子体通过喷射以射流形式进入燃烧室，等离子体在燃烧室内与化学工质发生物理化学反应。 化学工质在等离子体作用下分解或燃烧，生成气体推动弹丸沿身管运动 14.气流在喷管中的临界喷射质量流量 ps:下面的解答，前面亚音速是16题答案，加上后面临界解则是14题答案。 P2g-1开始时b>Pig+1v02g当亚音速流动时RTi=+RTbg-12g-1ggv0=T2g2gR(Ti-Tb)=RTi(1-b)g-1g-1TifL=RTi为火药力P=rgc,P=rRTPPgPPr=i=(b)(i）=gTiPirbPiPbPig-1éùgæöP2gv0=fLê1-çb÷úg-1êèPiøúêúëû1Tp1g-1æPböPmL=rbA0v0=riç÷A0v0=ifLèPiøgg2g+1éùg2gêæPböæPbögúç÷-ç÷g-1êèPiøèPiøúêúëûPbæ2ög-1当£ç÷时，达到临界状态，喷射速度达到声速Pièg+1øv0=rAæ2ö2gfL;mL=i0gç÷g+1g+1fLèøg+1g-115.随行装药与普通装药内弹道过程的主要区别 由于随行装药火药随弹丸一起运动，因此膛内火药气体推动的不仅是弹丸，还包括了随行装药火药。如将随行装药与弹丸看成是一个整体，则是一个变质量的运动问题。同时，推动这一整体运动的不仅是膛内的火药气体，还有随行装药火药燃烧释放出的火药气体所产生的推力。 膛内的火药气体有两部分：一部分是主装药燃烧释放出的火药气体，它可以认为是充满整个弹后空间的；另一部分是随行火药燃烧产生的火药气体，它是由弹丸的尾部加入到弹后空间的。因此，膛内火药气体的压力分布不同于一般的普通装药结构。