CFD炮口制退器结构与流场分析(3)

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因此，对两种炮身设计不同效率的炮口制退器，就可以保证炮架负荷相近，从而采用同一炮架，这样可以简化生产，方便维护使用。

但是，炮口制退器的应用也带来了一些不利的影响，主要是炮口冲击波和噪声对炮手和火炮的设备会产生危害作用[1]。

2.2 炮口制退器的分类

常见火炮炮口制退器的结构形式可以分为下述三类。

1.冲击式或开腔式炮口制退器

这种炮口制退器的结构特点是腔室直径较大，两侧具有大面积侧孔，前方带有一定角度的反射挡板。进入炮口制退器的气体，首先沿炮膛轴线膨胀加速，形成高速射流，冲击炮口制退器的反射挡板，从而改变速度方向，并与后方继续喷出的气体交织在一起从侧孔排出，产生制退力，另一部分气体通过中央弹孔向前喷出，造成后坐力。这种类型的炮口制退器要提高效率，主要依靠大的反射面积和足够大的侧孔面积，一般外形尺寸较大。

2.反作用式炮口制退器

这种炮口制退器的结构特点是腔室直径较小，没有或只有很小的前反射挡板，有多排侧孔布置。气流在炮口制退器室内沿炮膛轴线方向只产生不大的膨胀，和冲击式比，这种类型的炮口制退器室内的气流在较高的压力和较低的速度下进入侧孔，并开始转折，在侧孔中或侧孔出口截面上发生二次膨胀，使之得到进一步加速并向侧后方排出，从而对炮口制退器产生反后坐力，阻止炮身后坐。合理的侧孔形状使气流均匀、充分的膨胀，因此气流损失较小，这方面比冲击式炮口制退器有利。但是由于横向尺寸较小导致侧孔面积较小，从侧孔流出的流量也较少，效率不易提高。

3.冲击反作用式炮口制退器

这种类型炮口制退器的结构特点是具有较大直径的腔室和分散的圆形或条形侧孔。火药气体进入炮口制退器的腔室后进行第一次膨胀加速，但由于腔室面积有限，气流不能直接膨胀到极低的压力，因此侧孔起到第二次膨胀加速和流量分配的作用。此类炮口制退器具有冲击式和反作用式两类炮口制退器的结构特点。目前，我国多安装此类炮口制图器。

2.3 炮口流场特性

在火炮射击过程中，弹丸飞出炮口时，膛内高温高压的火药气体被突然释放，向炮口外高速喷射、急剧膨胀，形成非常复杂的炮口流场。炮口流场随时间变化，且不同的炮口制退器形成的炮口流场会有一些差异。可以分为初始流场和火药气体流场。

2.3.1 初始流场

弹丸在膛内受高压气体推动高速移动，弹丸头部将压缩膛内前段空气柱以及少量泄露的火药气体，压缩气体会使弹丸前方形成激波,此激波出炮口后会形成一个球状激波，称之为初始冲击波。紧接着会从炮口喷出由压缩空气及少量泄露的火药气体形成的高速射流。初始冲击波对于火药气体冲击波来说比较微弱对远场影响较小，强度取决于弹丸初速，一般对于初速小于1000m/s的弹丸，不予考虑。初始流场对于火药气体流场的形成有比较大的影响。来!自~751论-文|网www.751com.cn

2.3.2 火药气体流场

弹丸出炮口后，高温高压的火药气体推动初始流场中的空气在炮口周围产生一个不断向外传播的炮口冲击波和一个在炮口处相对稳定的超音速射流。

炮口冲击波的能量会在后效期开始一段时间内从膛内不断喷出的高压气体中得到补充，因为膛内高压气体喷出后速度随时间呈指数形式衰减，当炮口冲击波远离炮口后将不再得到能量的补充。炮口冲击波近似为一个球形冲击波且因为受到射流的扰动而导致球心往前移动。其具有明显的各向异性，轴向下游方向冲击波最强。流场发展过程中，将会形成不同的波系且波系之间相互作用。