波动阻力当弹丸与空气之间的相对运动速度v大小音速c时,优惠增加一种波动阻力或者称为激波阻力[6-8]。通过改变亚音速枪弹外形来减小空气阻力,可达到延缓枪弹飞行速度衰减、提高有效射程[9-11]。通常,0℃时,干燥空气中的音速为331m/s,亚音速指的是枪弹的速度低于331m/s。为防止暴露射手位置和射击行为,需要消除射击和弹头飞行的噪音。亚音速枪弹在空气运动的部分是弹丸(弹头)。
弹丸一般分为三部分:弹头部、圆柱部、弹尾部。亚音速枪弹受到的空气阻力主要是摩擦阻力和涡流阻力。其中,摩擦阻力占35%---40%,而涡流阻力(底阻)占60%---65%,基本无波动阻力[12-14]。在亚音速枪弹外形设计上,主要考虑的是涡流阻力和摩擦阻力,所以不需要考虑波动阻力的影响[2]。超音速枪弹在空气中飞行时,与空气摩擦会产生啸音,容易暴露射击方向等。为此,出现了一种专门的微声武器。如果弹头以超音速飞行,消声器的效果是很有限的,所以微声武器应使用亚音速枪弹。
2.2弹丸外形初步分析
在弹丸总体设计,确定合理的弹丸质量,考虑弹丸的作用效果和弹道性能。亚音速枪弹在空气运动的部分是弹丸(弹头)。弹丸一般分为三部分:弹头部、圆柱部、弹尾部。而针对亚音速枪弹气动外形设计,弹丸弧形部的母线形状尤为重要。弧形(弹头)部尺寸和形状对正面空气阻力影响较大。从空气阻力角度来看,对于飞行稳定的弹丸,弧形(弹头)部长度越长,弹丸形状越尖锐,其阻力值就越小。但是,又要不免因此而导致圆柱部与弹头(弧形)部的不平滑联接,导致产生额外的涡流,反而增加飞行阻力。值得注意的是,弹尖稍钝对于形成环流和防止附面层分离较为有利。所以在这个方面,需要通过模拟仿真,通过可靠的是试验数据分析来找到最佳弧形部的母线形状。从正面的空气阻力来看。减少圆柱部是有利的。在枪弹弹头的圆柱部辊紧口沟是为了在药筒联接时,便于用紧口的方法来提高拔弹力,采用斜形沟,它的外形有利于减少飞行阻力。为了减少底部涡流阻力,弹尾做成流线形较为理想,但其工艺性差,所以为了减少它在低速区的空气阻力,弹尾部通常采用截头锥形尾部(船尾形)较好。最佳尾锥角在6度到9度范围内变化[4,5]。在保证附面层不分离的条件下,尾锥部愈长,弹底面愈小,底阻愈小。在最佳尾锥角时尾锥部长约0.5d左右为宜。如过长,附面层可能在弹底前分离,并且各发分离点不一致,造成阻力的变化使密度度变坏。由于只是对气动外形做分析,所以不需要考虑特别考虑其加工工艺问题。
3初定几种亚音速枪弹弹头外形方案
3.1外形参数简述
由上面对亚音速枪弹与空气阻力之间的关系及初步分析,可以初步制定几种亚音速枪弹弹头外形设计方案。首先,将亚音速枪弹直径定为7.62mm,弹全长定为26.8mm,取弧形部水平长度16.6mm,并弧形部采用双圆弧母线加一条水平直线设计,其中双圆弧母线水平长度为15.95mm,直线母线长度为0.65mm,在弧线部,此部分研究改变亚音速弹头弹尖部分的锐钝程度,即改变弹头弹尖的圆弧母线的半径,来测试亚音速弹头弹尖部分锐钝程度对空气阻力大小的影响。选择亚音速枪弹弹头弹尖部分圆弧母线的两种半径,即1.2mm、2mm。其对应的另圆弧母线半径分别为42.36mm、53.265mm。然后关于弹头圆柱部有一定微小的锥度,在弹头圆柱部的初始直径为7.87mm,弹头圆柱部的末端位置为7.92mm。然后弹头尾部采用直接倒角的形式,倒角半径取1mm,总长度lt=2.68mm。如果弹尾部采用截头锥形尾部,那么圆柱部就采用上述尺寸。并研究和分析截头锥形尾锥角的变化,对弹头的空气阻力大小的影响。并初步定两种尾锥角分别为9o、15o。在尾锥部末端需要倒角,取半径为0.5mm。 亚音速枪弹气动外形设计与分析(4):http://www.751com.cn/jixie/lunwen_5347.html