邵中年,張志瑞,蘇 冰

(海軍駐包頭地區(qū)軍事代表室,內(nèi)蒙古包頭 014033)

復(fù)合式炮口制退器上艦研究

邵中年,張志瑞,蘇 冰

(海軍駐包頭地區(qū)軍事代表室,內(nèi)蒙古包頭 014033)

隨著大口徑艦炮炮口動(dòng)能的大幅度提高,后坐阻力相應(yīng)增加,艦炮質(zhì)量也不斷增大。針對(duì)無炮口制退器后坐阻力太大,加裝炮口制退器側(cè)面向沖擊波又影響艦面設(shè)施的矛盾,利用渦流前噴和消聲器的原理,提出了復(fù)合式炮口制退器理論技術(shù)方案。理論分析和試驗(yàn)表明,復(fù)合式炮口制退器能有效解決制退效率和沖擊波對(duì)艦面設(shè)施影響的矛盾,為大口徑艦炮安裝炮口制退器提供了理論基礎(chǔ)。

機(jī)械設(shè)計(jì);大口徑艦炮;炮口制退器;沖擊波

炮口制退器可有效降低大口徑火炮的后座阻力,對(duì)減小炮架質(zhì)量很有好處。但安裝后射流及沖擊波對(duì)周圍影響較大,為避免對(duì)艦面設(shè)施造成破壞,大口徑艦炮一般不安裝炮口制退器。

隨著遠(yuǎn)程精確打擊彈藥的發(fā)展,使得大口徑艦炮的炮口動(dòng)能大幅度提高,如某新型大口徑艦炮的炮口動(dòng)能是原有的該口徑艦炮炮口動(dòng)能的150%,后坐阻力相應(yīng)增加了40%多,進(jìn)而增加了艦炮質(zhì)量,而加裝炮口制退器是一個(gè)行之有效減阻、降重措施,但如何解決沖擊波對(duì)艦面設(shè)施的影響又是一個(gè)難題。

1 炮口流場(chǎng)分析

1.1 不帶炮口裝置的火藥氣體流場(chǎng)

彈丸出炮口后,高壓火藥氣體高速噴出,在炮口周圍會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不斷向外傳播的炮口沖擊波和一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定在炮口的超音速射流,炮口沖擊波是一個(gè)近似球形的沖擊波,如圖1所示?；鹚帤怏w除了向各個(gè)方向膨脹以外,還有一個(gè)向前的軸向動(dòng)量,從而使沖擊波球沿軸線向前運(yùn)動(dòng)。

1.2 帶炮口制退器的火藥氣體流場(chǎng)

當(dāng)火炮安裝炮口制退器時(shí),炮口流場(chǎng)將隨之發(fā)生變化,中央彈孔及各側(cè)孔分別形成獨(dú)立的氣體射流和沖擊波,這些射流與沖擊波的特性分別與單一氣體相似,如圖2所示。這些沖擊波在空洞合成的結(jié)果即為最終的炮口沖擊波場(chǎng),用4個(gè)球型沖擊波(冠狀沖擊波、中央彈孔沖擊波及兩側(cè)孔沖擊波)在空中相交的物理模型可以近似模擬帶炮口制退器時(shí)的炮口沖擊波場(chǎng),如圖3所示。

2 復(fù)合式炮口制退器

火炮工程實(shí)踐表明,炮口沖擊波是危及炮手安全、損壞周邊設(shè)備的主要因素。如何降低炮口制退器的側(cè)向沖擊波是本文研究的重點(diǎn),也是實(shí)現(xiàn)炮口制退器上艦的基本前提。

2.1 渦流前噴原理

如果讓火藥氣體先向后再向前,將大大降低側(cè)向沖擊波。在炮口制退器后端加裝返流罩,運(yùn)用渦流前噴原理使火藥氣體先向后再向前,如圖4所示。當(dāng)彈丸出炮口后,火藥氣體通過排氣孔排出,在噴管罩的作用下向后噴,當(dāng)氣體碰到返流罩時(shí)又折返向前方。由于火藥氣體向后的速度大于折返向前方的速度,并且通過返流罩的角度設(shè)計(jì),便可達(dá)到制退效果。但是,彈丸從出炮口到出制退器口的時(shí)間很短,大約0.4 ms。要想釋放盡量多的氣體,就必須有大的氣體通道。受結(jié)構(gòu)限制,噴管擴(kuò)散的角度不可能太大,氣體通道不可能太大,制退效率不會(huì)很高。這樣雖然控制了射流及沖擊波的方向,但不能獲得理想的制退效率。

2.2 復(fù)合式制退原理

復(fù)合式炮口制退器采用消聲器的原理和渦流前噴原理復(fù)合而成,如圖5所示?；鹚帤怏w通過炮口制退器內(nèi)筒的排氣槽排出后,沖擊制退斜面提供制退力,同時(shí)氣流在四散過程中撞到外筒壁,產(chǎn)生左右偏轉(zhuǎn),并和相鄰氣流相撞后通過外筒排氣槽排出,從而實(shí)現(xiàn)減弱排出氣流沖擊波強(qiáng)度的目的。其流場(chǎng)照片如圖6所示。

3 結(jié) 論

通過理論分析和試驗(yàn)表明,復(fù)合式炮口制退器能有效解決制退效率和沖擊波對(duì)艦面設(shè)施影響的矛盾,為炮口制退器上艦奠定了基礎(chǔ)。

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Investigation of Combined Muzzle Brake Mounted on Warship

SHAO Zhong-nian,ZHANG Zhi-rui,SU Bing

(Naval Military Agency in Baotou Area,Baotou 014033,Inner Mongolia,China)

Along with the muzzle energy of large caliber naval gun increasing by a wide margin,recoil resistance correspondingly increased,and mass of naval gun also continuously increased.Aimed at the contradiction problems of too large recoil resistance of muzzle brake and the influence of side face shock wave on equipment mounted on warship after retrofitting muzzle brake,with the aid of eddy current front jet principle and silencer principle,theory technical solution of combined type of muzzle brake was put forward.Theoretical analysis and test results showed that the combined type of muzzle brake can effectively solve the contradiction problems of recoil efficiency and the influence of shock wave on equipment mounted on warship,and this kind of muzzle brake can provide theoretical basis for mounting the muzzle brake on large caliber naval gun.

mechanical design;large caliber naval gun;muzzle brake;shock wave

TJ391

A

1673-6524(2010)04-0060-03

2010-01-27;

2010-08-30

邵中年(1963-),男,高級(jí)工程師,主要從事艦炮技術(shù)研究。E-mail:shaozhongnian@sina.com