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底排裝置壓力躍變?nèi)紵囼炑芯?/p>

目前，我國大部分大口徑彈頭系統(tǒng)都被應用于底部排氣彈的應用。該技術(shù)的最大優(yōu)點是可以顯著提高口徑，其增長率通常達到20%-30%，這可以提高火力抑制的范圍。然而，與傳統(tǒng)的傳統(tǒng)炸彈相比，底部排氣彈簧存在明顯的缺陷。國內(nèi)確定的底束斷裂的方程分布通常為1.1801.220左右，最好不超過1.240，顯著低于普通彈頭指數(shù)（1.2801.30）。因此，在過去的20年里，提高底板彈簧的方程分布一直是國內(nèi)外的熱點。丁澤生等人在廢物二次燃燒參數(shù)研究中報告了流量誘導和初始失效位置是影響二次穿透的重要參數(shù)。張炎清、趙子華通過數(shù)學處理獲得了廢物二次燃燒的延遲，導致距離分布的計算公式。郭錫福等人指出，通過底部阻力系數(shù)曲線確定噴射時間是科學的方法。在目標場試驗中，當?shù)装逖b置不工作時，距離分布達到普通子彈1.2801.300的水平。結(jié)果表明，由于底板裝置的不同武器速度偏差，產(chǎn)生的底束位移的距離非常大。根據(jù)現(xiàn)有的試驗數(shù)據(jù)，由于底板裝置在運行初期表現(xiàn)出強、非穩(wěn)定過程的不均勻性，這是底板裝置與一般武器速度初級機械的主要原因。特別是在發(fā)射口以外的0.1.0.2s內(nèi)，底板裝置的環(huán)境壓力突然下降，底板裝置處于強、非正統(tǒng)的過程中。這是初級燃燒和復燃控制的關(guān)鍵階段。為了研究壓力驅(qū)動器在高壓下的燃燒機械變差的機理，探索了一種控制頂板燃燒的方法，提高了底束配合工作的穩(wěn)定性，建立了相應的理論模型。作者在壓力驅(qū)動器的壓力下進行了物質(zhì)燃燒控制試驗研究。1試驗序列及分析為了模擬底排彈出膛口時的壓力突降情況,試驗中采用了半密閉爆發(fā)器,試驗裝置如圖1所示.實物構(gòu)件如圖2所示.圖2中間部件為底排藥劑燃燒室,左邊為上螺蓋,右邊為底螺蓋.上螺蓋內(nèi)裝填火炮發(fā)射藥,用以模擬炮口壓力,并點燃點火具和底排藥劑,上螺蓋的口部安裝剪切膜片,如圖3所示.底螺蓋上面安裝底排點火具,如圖4所示.試驗時首先由點火藥包點燃上螺蓋和底排藥劑燃燒室之間藥室內(nèi)的火炮發(fā)射藥,火炮發(fā)射藥燃燒后,底排藥劑和底排點火具被點燃,當?shù)竭_一定壓力時膜片破裂,高溫高壓燃氣從噴口噴出,使底排燃燒室外部腔體內(nèi)的壓力迅速降低,以此模擬底排彈出膛口時底排裝置外的環(huán)境壓力迅速降低的情況.筆者采用某155mm底排藥劑進行了試驗,利用瞬態(tài)壓力測量系統(tǒng)記錄底排裝置壓力卸載過程,利用高速錄像系統(tǒng)拍攝試驗全過程.典型壓力-時間曲線如圖5所示,底排卸載壓力為56.3MPa.相應的試驗序列過程如圖6所示.在試驗中觀察到如下幾種特征:①在底排裝置壓力卸載后的短暫時間內(nèi),底排火焰首先熄滅,但點火具始終在工作.此時點火具火焰呈間斷狀,為典型的串狀駐定激波,如圖6(c)所示(卸壓后第32ms).這是一個高壓氣體向外流出的“暫態(tài)過程”,此時由于底排燃燒室內(nèi)、外壓差仍然較大,底排噴口處形成超音速流動或臨界流動.②在底排裝藥復燃前,有大量黃色煙霧從底排裝置中噴出,如圖6(e)所示(卸壓后第400ms),筆者認為此時底排藥劑表面燃燒反應已經(jīng)停止,但仍然在維持熱分解.這些化學反應不完全的產(chǎn)物,即黃色煙霧在外部空間積累到一定程度時,在點火具外噴火焰作用下出現(xiàn)爆燃,如圖6(f)～6(h)所示.③底排裝藥在點火具燃燒產(chǎn)物的持續(xù)作用下,在壓力卸載后792ms復燃,如圖6(i)所示,噴口排出正常的底排火焰,之后一直維持穩(wěn)定的燃燒,如圖6(j)～6(l)所示.以上現(xiàn)象表明,壓力卸載時底排噴口外環(huán)境壓力在20～30ms內(nèi)從約60MPa下降到0.1～0.2MPa,這導致底排藥柱表面化學反應速度下降,燃燒區(qū)失穩(wěn),出現(xiàn)部分或全部熄火(或化學反應不完全).但熱分解仍在繼續(xù),即傳熱過程滯后于化學反應.熄火使底排裝置對彈底的加能加質(zhì)作用減弱,造成減阻作用下降,直到在新的低壓環(huán)境下,反應表面建立起新的燃燒反應-傳熱平衡,底排恢復正常工作.底排出膛口后熄火到二次復燃過程的不一致造成一組射彈射程不一致.針對底排裝置在壓力突降條件下火焰失穩(wěn)現(xiàn)象,筆者從底排燃燒機理及其控制角度出發(fā),在底排裝置口部安裝控制塊,如圖7,以不妨礙底排穩(wěn)態(tài)工作為前提,充分保證出口截面流通面積,盡可能降低或緩和非穩(wěn)態(tài)劇烈程度,延長暫態(tài),盡可能控制或減少底排燃燒室對外界的熱損失.在同樣試驗條件下,高速錄像拍攝的序列如圖8.由圖8所示的序列圖可見,在壓力卸載后,裝有燃燒控制塊的底排裝置的工作過程總趨勢沒有變化,但是工況有了明顯改善.最突出的是,熄滅的底排藥劑更快實現(xiàn)二次復燃.同樣批次的底排藥劑和點火具,在壓力同樣從60MPa躍變至約0.1MPa的條件下,沒有加裝燃燒控制塊時,底排裝藥在卸壓后776ms復燃.加裝了控制塊后,底排裝藥在卸壓后576ms復燃,如圖8(g)所示,所用時間縮短了200ms,約25%.而且與此相應,加裝燃燒控制塊后底排裝藥復燃前的熱分解產(chǎn)物,即黃色煙霧明顯減少.這表明控制塊能有效地減小壓力躍變對底排裝藥燃燒的影響.此時,點火具火焰也更穩(wěn)定.所有這些,對減輕或控制底排彈出炮口后的底排裝置的強非穩(wěn)態(tài)過程都有利,從而能改善底排裝置工作初期的不一致性.2底排藥劑燃燒實驗結(jié)果與以往不同,此次試驗采用了高速錄像系統(tǒng),每幀照片之間間隔8ms,錄取的過程較細微.選用的底排排氣的外空間高度有限,在不妨礙排氣過程的前提下,可清楚地觀察排出氣體積聚和消散的現(xiàn)象.通過初步研究,有3個新發(fā)現(xiàn):①底排裝置在壓力突降條件下,點火具火焰射流在最初的130ms內(nèi)呈串狀駐定激波;②底排藥劑復燃之前存在強烈的熱分解現(xiàn)象,且二次復燃時間越長,排出的黃色煙霧越多;③采用控制塊可以有效抑制或控制強非穩(wěn)態(tài)過程,縮短二次復燃時間.由此得到了3點啟示:①底排出膛口后大約0.13s時間內(nèi),噴口為超音速流或臨界流,其中前10～20ms,為強沖擊性排氣流.之后,底排燃燒室內(nèi)壓力雖然已經(jīng)下降,但仍可在出口維持弱超音速流或臨界流動,點火具燃氣呈現(xiàn)出駐定激波火焰性狀,直到130ms左右.這就是說,底排噴口排氣達到穩(wěn)定的亞音速工作狀態(tài),大約要130ms.對于初速為900m/s的彈丸,期望的底排正常工作時間只能是在彈丸飛行大約120m之后.在此距離之前,本質(zhì)上底排與一般火箭工作狀態(tài)大體相同.②出炮口之后,底排藥劑燃燒環(huán)境壓力突然降低.在此條件下,燃燒反應程度降低,燃燒區(qū)溫度下降,最終使氣相燃燒反應難以為繼而熄火.與此同時,在火炮膛內(nèi)被充分加熱的藥劑表面加熱層的溫度變化相對滯后,因此底排藥劑的熱分解反應仍在繼續(xù).研究中觀察到的黃煙,應該是底排藥劑的熱分解產(chǎn)物,但化學反應不完全,化學能被浪費了.直觀上,沒有火焰,也就是熄火.換句話說,盡管在底排出膛口處沒有觀察到底排火焰,即存在熄火期,但其間熱分解和排氣還在繼續(xù),只是排出的氣體沒有釋放出化學能.一定意義上,二次復燃時間越長,浪費的底排藥劑能量越多.③本文探索的關(guān)鍵是能否找到一種辦法,抑制和減緩這種能量的浪費.這就是本文提出的在底排噴口加裝控制塊的技術(shù)方案.控制塊按其性狀不同,對其流經(jīng)的高溫高速氣體的流動阻滯作用和傳熱作用不同.理想狀態(tài)是,對超音速氣流發(fā)揮阻滯作用較強,使其過程趨于平緩,促使藥劑燃燒表面失穩(wěn)程度降低到最低程度,從而盡快實現(xiàn)二次復燃.從現(xiàn)有的實驗數(shù)據(jù)看,這一目的已基本達到.下一步的任務(wù)是對控制塊的設(shè)計進行優(yōu)化.3燃燒控