[發明專利]一種自增焓持續動燃推進裝置

在審

• 申請號: 202110168460.5
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN112815775A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 馬宏昊;陳子俊;王魯慶;趙凱;孫玉玲;沈兆武
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: F41F1/00
• 分類號: F41F1/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

本發明公開了一種自增焓持續動燃推進裝置，包括：在身管內壁規則布置裝藥結構，裝藥形式可以是凹槽、藥室等。彈丸被底火推進后，前方形成沖擊波，在彈底高溫高壓燃氣和固體微粒以及沖擊波壓縮下裝藥結構被引燃，降低由于彈丸高速運動彈后空間形成的壓力梯度，削弱稀疏波影響，在彈底部形成一個較高的、近似恒定的壓力，并增加彈丸后方體系的焓值，提高總溫，使彈丸達到較高速度。所述結構裝藥可以是利用炮管內膛線之間的縫隙，也可以是凹槽、凹坑等，布置形式根據需要而定，比如螺旋分布、直線分布等。本發明不僅提高了彈丸的出口速度，而且還降低了主藥室的膛壓。

技術領域

本發明屬于發射技術領域，具體涉及一種自增焓持續動燃推進裝置。

背景技術

由于高初速彈丸發射裝置在現代技術中具有不容置疑的優越性，世界各國研究人員一直以來都在不斷探索研究如何提高彈丸或破片的發射速度。從早期的火炮、輕氣炮，到后來的電磁炮、電熱化學炮等，目前已經發展了一系列新型的加速手段。盡管目前上述手段各有優點，但受到當前的基礎條件、經費及應用等原因的影響，在短期內將其技術應用到實戰和工程毀傷終點效應沖擊實驗研究的仍有一定的困難。

當前發射裝置主要以火炮、輕氣炮及電磁炮為主。在兵器技術上主要是利用火藥爆燃時產生大量的高溫高壓氣體膨脹做功，沿身管直線推動彈丸實現高速運動。多年來提高彈丸初速技術主要集中在改進火藥燃燒面積、增加膛內的裝藥量、提高火藥的燃燒速度、提高火藥燃燒熱等方面，經過幾十年的發展，直到現在普通彈丸發射的速度也僅在1800m/s左右。專家認為，傳統火炮的性能已經接近極限。傳統輕氣炮是通過壓縮氣體推動彈丸運動，運用彈托分離技術發射彈丸，開展防護結構的彈道測試。雖然目前輕氣炮能夠發射超高速彈丸，并且一致性和速度穩定性均較好，但只能加速克質量級彈丸，成本高，防護困難而且要求開炮機構在瞬間閥開啟要大，速度要快，對大質量彈丸的加速不易實現。電磁炮則是利用電磁系統中電磁場產生的安培力來對金屬彈丸進行加速。由于其加載的破片或彈丸形狀不受身管形狀約束，工作穩定，重復性好，易于調整射程，受到廣泛重視。然而，電磁炮加速彈丸需要通過多級線圈加速完成，加速過程的操作非常復雜，僅能對克質量級破片進行超高速發射，且電容對線圈充放電時電流很大，會產生過熱，降低電磁炮的使用壽命。

發明內容

彈丸的發射過程，是以火藥作為能源。在外界適當能量作用下，火藥進行迅速而有規律地燃燒，同時產生大量的高溫燃氣。為了發射彈丸，首先利用機械方式(或電、光等)作用于底火，使底火藥著火。在底火被擊發后，底火產生的火焰將引燃火藥床中的點火藥，使點火藥燃燒產生高溫高壓的氣體和固體顆粒，并通過對流及輻射的方式引燃靠近點火藥的發射藥，之后進一步引燃整個火藥床。隨著火藥的燃燒產生大量高溫高壓氣體，彈后空間的氣體急劇膨脹驅動彈丸在身管內高速運動。

在彈丸高速運動過程中，彈后空間的固體火藥在持續燃燒并不斷補充高溫燃氣，高溫高壓燃氣的急劇膨脹使彈丸以及身管內產生多種形式的復雜運動，包括彈丸的運動、彈丸與身管之間的摩擦、正在燃燒的固體火藥和燃氣的運動、火藥氣體與身管之間的熱交換、火炮的后座等等。這些運動同時發生又相互影響，形成了膛內燃氣壓力變化的特性。其中，火藥燃氣的生成速率和由于彈丸運動形成彈后空間增加的速率，是決定這種變化的兩個主要因素。燃氣生成速率的增加使膛內壓力上升，彈后空間的增加又使膛內壓力下降，而膛壓的變化又反過來影響火藥燃氣的生成速率和彈丸的運動。在開始階段，由于火藥的燃氣生成速率超過彈后空間增加，彈后壓力將不斷上升。當這兩種效應達到平衡時，彈底的壓力將達到最大，即p＝p_m。而后隨彈丸速度的不斷增大，彈后空間不斷增加，在彈底后方持續產生的稀疏波的作用下，膛內壓力開始降低，導致彈丸的加速度降低。

根據內彈道理論，若要提高彈丸的初速，就需要增加p-l曲線下的面積。就火藥裝藥本身而言，可以將p-l曲線適當向上移動(增加火藥氣體總量)以及通過改變p-l曲線的形狀(改變燃氣的生成規律)。比較理想的方案就是保持彈丸在身管內運動過程中彈后壓力不變，即p＝p_m，即形成所謂的壓力平臺效應。根據經典內彈道學，彈丸運動方程：