隨著軍事科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,特別是當(dāng)高新技術(shù)應(yīng)用于軍事科學(xué)領(lǐng)域后,出現(xiàn)了眾多以新概念、新能源為關(guān)鍵技術(shù)的武器發(fā)射新原理,如輕氣炮發(fā)射原理、液體發(fā)射藥火炮內(nèi)彈道理論、隨行裝藥發(fā)射原理和埋頭彈藥發(fā)射原理等。
本書是為“新概念武器發(fā)射原理”課程編寫的,全面介紹武器系統(tǒng)發(fā)射領(lǐng)域中的新原理、新理論和新方法,主要論述新概念武器系統(tǒng)的工作過程和發(fā)射原理,是武器發(fā)射工程專業(yè)的必修課教材。書中綜合運(yùn)用內(nèi)彈道學(xué)、工程熱力學(xué)及流體力學(xué)等基礎(chǔ)理論知識,注重揭示新概念武器系統(tǒng)的基本發(fā)射原理,闡明數(shù)學(xué)建模的基本思想和處理方法,密切關(guān)注新概念發(fā)射領(lǐng)域的新進(jìn)展、新趨勢。本書主要針對武器發(fā)射工程專業(yè)學(xué)生,系統(tǒng)而全面地介紹新概念武器系統(tǒng)的種類特點(diǎn)、發(fā)射方式、工作原理和發(fā)展趨勢,以及相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的主要研究內(nèi)容、研究方法和研究成果。全書共分8章。
第1章主要介紹內(nèi)彈道流體動力學(xué)理論基礎(chǔ),包括流體運(yùn)動的基本概念和基本方程,作為后續(xù)章節(jié)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。
第2章主要講述輕氣炮內(nèi)彈道理論,在討論影響彈丸初速的基本因素、膛內(nèi)氣體壓力擾動傳播過程的基礎(chǔ)上,得出輕質(zhì)氣體是提高彈丸初速的理想工質(zhì),并論述一級輕氣炮和二級輕氣炮的工作原理及內(nèi)彈道模型。
第3章主要講述液體發(fā)射藥火炮內(nèi)彈道理論,包括液體發(fā)射藥火炮的內(nèi)彈道循環(huán)、液體燃料的物理化學(xué)性能、再生式液體發(fā)射藥火炮的再生噴射結(jié)構(gòu)、內(nèi)彈道零維模型和氣液兩相流動模型等內(nèi)容。
第4章主要講述電磁發(fā)射原理,著重討論電磁炮的分類及關(guān)鍵技術(shù)、電樞的分類及關(guān)鍵技術(shù)、電磁導(dǎo)軌炮的內(nèi)彈道模型和箍縮電磁炮的理論模型等。
第5章講述電熱化學(xué)炮發(fā)射原理,包括化學(xué)工質(zhì)的選擇及其熱化學(xué)性能、等離子體與化學(xué)工質(zhì)的相互作用、電熱化學(xué)炮內(nèi)彈道經(jīng)典模型及一維兩相流模型及計(jì)算方法等理論知識。
第6章主要講述隨行裝藥發(fā)射原理,探討隨行裝藥基本概念、隨行裝藥關(guān)鍵技術(shù)、固體隨行裝藥經(jīng)典內(nèi)彈道模型及液體隨行裝藥內(nèi)彈道一維兩相流模型。
第7章主要講述埋頭彈藥發(fā)射原理,包括埋頭彈藥的基本概念、發(fā)射原理、關(guān)鍵技術(shù)和內(nèi)彈道模型等基本內(nèi)容。
第8章講述沖壓加速發(fā)射原理,在介紹沖壓加速原理及工作模式、混合氣體工質(zhì)種類及熱力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上,討論亞聲速燃燒熱節(jié)制推進(jìn)一維內(nèi)流場數(shù)值模擬和亞爆轟推進(jìn)一維模型的解析解,最后對沖壓加速過程的測試技術(shù)做了簡單介紹。
在內(nèi)容的講解上,本書力求物理概念清晰,數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn),盡可能把嚴(yán)密的數(shù)學(xué)方法與工程實(shí)際相結(jié)合,注意引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系工程應(yīng)用,使學(xué)生對新概念發(fā)射領(lǐng)域中所涉及的技術(shù)及原理有一個系統(tǒng)而全面的了解,掌握武器系統(tǒng)發(fā)射領(lǐng)域的新原理、新理論和新方法,拓寬所學(xué)專業(yè)的知識面,在培養(yǎng)創(chuàng)新思維、增強(qiáng)創(chuàng)新意識、提高專業(yè)素養(yǎng)等方面得到鍛煉,提高自學(xué)能力和綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識分析問題、解決問題的能力。
在本書的編寫過程中,得到南京理工大學(xué)內(nèi)彈道教研室老師的熱情關(guān)懷和幫助。金志明教授編著的《高速推進(jìn)內(nèi)彈道學(xué)》,周彥煌教授、王升晨研究員在1990年出版的《實(shí)用兩相流內(nèi)彈道學(xué)》,王金貴先生編著的《氣體炮原理及技術(shù)》以及王瑩教授、肖峰研究員編著的《電炮原理》都是本書在編著過程中最重要的參考書。在這里對前輩們長期以來的辛勤工作表示崇高的敬意。書中引用的一些素材直接來源于國內(nèi)外學(xué)者們的研究成果,在此對原作者表示謝意。
由于作者的水平有限,書中難免存在缺點(diǎn)和不足之處,敬請廣大讀者及專家給予批評指正。
作 者
2019年12月
緒 論
第1章 內(nèi)彈道流體動力學(xué)理論基礎(chǔ)
1.1 流體動力學(xué)基本方程
1.1.1 質(zhì)量體和控制體
1.1.2 局部導(dǎo)數(shù)和隨體導(dǎo)數(shù)
1.1.3 雷諾輸運(yùn)定律
1.1.4 質(zhì)量體上的動力學(xué)方程
1.1.5 控制體上的守恒方程
1.1.6 流體動力學(xué)微分型基本方程
1.2 氣體超聲速流動的特征線
1.2.1 特征線的基本概念
1.2.2 偏微分方程的特征線理論
1.2.3 一維非定常等熵流動的特征線
1.3 內(nèi)彈道一維兩相流基本方程
1.3.1 基本假設(shè)
1.3.2 一維變截面管內(nèi)兩相流基本方程
第2章 輕氣炮內(nèi)彈道理論
2.1 影響彈丸初速的基本因素
2.2 彈丸最大可能速度
2.2.1 定常假設(shè)下的極限速度
2.2.2 經(jīng)典內(nèi)彈道理論的彈丸極限速度
2.2.3 非定常等熵假設(shè)下的逃逸速度
2.2.4 三種極限速度的討論
2.3 膛內(nèi)氣體壓力擾動的傳播
2.3.1 膛內(nèi)氣體壓力擾動傳播的定性分析
2.3.2 聲慣性
2.4 提高彈丸初速的理想工質(zhì)
2.4.1 增大逃逸速度
2.4.2 減小聲慣性
2.5 一級輕氣炮
2.5.1 一級輕氣炮的工作原理
2.5.2 一級輕氣炮內(nèi)彈道模型
2.6 二級輕氣炮
2.6.1 二級輕氣炮的工作原理
2.6.2 二級輕氣炮的數(shù)學(xué)模型
2.6.3 二級輕氣炮參量對發(fā)射性能的影響
第3章 液體發(fā)射藥火炮內(nèi)彈道理論
3.1 概 述
3.2 液體發(fā)射藥火炮的內(nèi)彈道循環(huán)
3.2.1 整裝式液體發(fā)射藥火炮的內(nèi)彈道循環(huán)
3.2.2 再生式液體發(fā)射藥火炮的內(nèi)彈道循環(huán)
3.3 液體燃料的物理化學(xué)性能
3.3.1 液體燃料的分類及其理化性能
3.3.2 液體燃料性能的基本要求
3.4 再生式液體發(fā)射藥火炮的再生噴射結(jié)構(gòu)
3.5 再生式液體發(fā)射藥火炮內(nèi)彈道零維模型
3.5.1 內(nèi)彈道模型應(yīng)考慮的因素
3.5.2 物理模型及基本假設(shè)
3.5.3 基本方程
3.5.4 再生式液體發(fā)射藥火炮內(nèi)彈道封閉方程組
3.5.5 初始條件
3.6 再生式液體發(fā)射藥火炮內(nèi)彈道拉格朗日問題
3.6.1 氣動力數(shù)學(xué)模型和速度分布
3.6.2 彈后空間壓力分布
3.6.3 彈后空間的平均壓力
3.7 再生式液體發(fā)射藥火炮氣液兩相流內(nèi)彈道模型
3.7.1 物理現(xiàn)象和基本假設(shè)
3.7.2 數(shù)學(xué)模型
第4章 電磁發(fā)射原理
4.1 電磁發(fā)射概念、意義及應(yīng)用前景
4.1.1 電磁炮的發(fā)展概況
4.1.2 電磁炮的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用前景
4.1.3 電磁炮的關(guān)鍵技術(shù)
4.2 電磁炮的分類
4.2.1 導(dǎo)軌炮
4.2.2 線圈炮
4.2.3 重接炮
4.3 電 樞
4.3.1 概 述
4.3.2 固體電樞
4.3.3 等離子體電樞
4.3.4 混合電樞
4.3.5 過渡電樞
4.4 電磁導(dǎo)軌炮
4.4.1 固體電樞內(nèi)彈道方程組
4.4.2 等離子體電樞內(nèi)彈道方程組
4.5 箍縮電磁炮
4.5.1 箍縮電磁炮的概念
4.5.2 箍縮電磁炮的理論模型
4.6 線圈炮
4.6.1 線圈炮的概念
4.6.2 單級線圈炮
4.6.3 多級線圈炮
4.7 重接炮
4.7.1 概 述
4.7.2 板狀彈丸重接炮
4.7.3 柱狀彈丸重接炮
第5章 電熱化學(xué)炮發(fā)射原理
5.1 電熱炮的基本概念
5.2 受約束高壓放電等離子體的基本特性
5.2.1 等離子體存在的基本條件
5.2.2 等離子體狀態(tài)方程
5.2.3 等離子體的宏觀方程
5.3 化學(xué)工質(zhì)的選擇及其熱化學(xué)性能
5.3.1 化學(xué)工質(zhì)的分類
5.3.2 工質(zhì)的熱化學(xué)特性
5.4 等離子體與化學(xué)工質(zhì)的相互作用
5.4.1 化學(xué)工質(zhì)的反應(yīng)速率
5.4.2 影響化學(xué)工質(zhì)反應(yīng)速率的因素
5.4.3 化學(xué)工質(zhì)反應(yīng)速率對內(nèi)彈道性能的影響
5.5 電熱化學(xué)炮內(nèi)彈道經(jīng)典模型
5.5.1 放電管等離子體數(shù)學(xué)模型
5.5.2 燃燒室內(nèi)彈道數(shù)學(xué)模型
5.6 電熱化學(xué)炮內(nèi)彈道一維兩相流模型
5.6.1 物理模型
5.6.2 放電管內(nèi)等離子體一維流動數(shù)學(xué)模型
5.6.3 燃燒室一維兩相流數(shù)學(xué)模型
5.7 電熱化學(xué)炮一維兩相流計(jì)算方法
5.7.1 兩相流內(nèi)彈道方程組的類型
5.7.2 差分格式
5.7.3 邊界條件與初始條件
5.7.4 網(wǎng)格自動生成方法
5.7.5 人工黏性和濾波
5.7.6 守恒性檢查
第6章 隨行裝藥發(fā)射原理
6.1 隨行裝藥基本概念
6.1.1 隨行裝藥效應(yīng)
6.1.2 隨行裝藥的類型
6.1.3 隨行裝藥研究發(fā)展現(xiàn)狀
6.2 隨行裝藥關(guān)鍵技術(shù)
6.2.1 隨行技術(shù)
6.2.2 點(diǎn)火延遲時間控制技術(shù)
6.2.3 高燃速火藥技術(shù)
6.3 固體隨行裝藥經(jīng)典內(nèi)彈道模型
6.3.1 內(nèi)彈道過程的物理描述
6.3.2 固體隨行裝藥經(jīng)典內(nèi)彈道模型
6.4 液體隨行裝藥內(nèi)彈道一維兩相流模型
6.4.1 物理模型
6.4.2 數(shù)學(xué)模型
6.4.3 數(shù)值模擬
6.4.4 計(jì)算結(jié)果及分析
第7章 埋頭彈藥發(fā)射原理
7.1 埋頭彈藥基本概念
7.1.1 埋頭彈藥特點(diǎn)
7.1.2 埋頭彈藥研究發(fā)展?fàn)顩r
7.2 埋頭彈藥發(fā)射原理
7.3 埋頭彈藥關(guān)鍵技術(shù)
7.3.1 二次點(diǎn)火技術(shù)
7.3.2 旋轉(zhuǎn)藥室技術(shù)
7.3.3 高壓動態(tài)密封技術(shù)
7.4 埋頭彈藥經(jīng)典內(nèi)彈道模型
7.4.1 埋頭彈藥內(nèi)彈道過程的主要特點(diǎn)
7.4.2 基本假設(shè)
7.4.3 數(shù)學(xué)模型
7.5 埋頭彈藥內(nèi)彈道兩相流模型
7.5.1 物理模型及基本假設(shè)
7.5.2 數(shù)學(xué)模型
7.6 埋頭彈藥內(nèi)彈道優(yōu)化設(shè)計(jì)
7.6.1 內(nèi)彈道優(yōu)化設(shè)計(jì)過程
7.6.2 模式搜索法
7.6.3 模擬退火算法
7.6.4 遺傳算法
7.7 埋頭彈藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
7.7.1 裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
7.7.2 旋轉(zhuǎn)藥室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
7.7.3 高壓動態(tài)密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
第8章 沖壓加速發(fā)射原理
8.1 概 述
8.2 沖壓加速原理及工作模式
8.2.1 沖壓加速原理概述
8.2.2 沖壓加速工作模式
8.3 混合氣體工質(zhì)
8.3.1 混合氣體種類及熱力學(xué)性質(zhì)
8.3.2 混合氣體的燃燒實(shí)驗(yàn)
8.3.3 混合氣體的高壓不穩(wěn)定燃燒分析
8.3.4 頻譜分析
8.3.5 混合氣體工質(zhì)的C-J爆轟速度
8.4 亞聲速燃燒熱節(jié)制推進(jìn)一維內(nèi)流場數(shù)值模擬
8.4.1 基本假設(shè)
8.4.2 平衡化學(xué)一維數(shù)學(xué)方程
8.4.3 計(jì)算結(jié)果分析
8.5 亞爆轟推進(jìn)一維模型的解析解
8.5.1 無量綱推力表達(dá)式
8.5.2 彈道效率與推力壓力比
8.6 沖壓加速過程的測試技術(shù)
8.6.1 測試方法
8.6.2 三種工作模式實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
8.6.3 沖壓加速氣動力分析
參考文獻(xiàn)