20世紀70年代開始，世界各國競相研究發射武器增程技術，並把它作為21世紀初火炮發展的重要內容。
基本介紹
- 中文名：發射武器增程技術
- 套用領域：戰爭武器
- 優點：精確
- 起源：20世紀60年代
基本信息,技術介紹,
基本信息
射程是發射武器的主要性能指標，增程是重要的兵器技術。在精確命中、先敵開火、突然襲擊的條件下，武器射程超過對方則有利於取得戰場的主動權。從
技術介紹
發射武器增程技術是增大發射武器射程的綜合技術。它是在利用內彈道學、空氣動力學、外彈道學、發動機原理和新型發射技術研究成果的基礎上發展起來的。發射武器增程技術有多種，如表1所示。在武器設計時，很少單一使用一種增程技術，而是幾種技術合理匹配、複合(如初速與彈形匹配、彈形與底排匹配等)，從而使發射武器獲得最大的增程效果。
主要增程技術的原理
要實現發射武器的增程，無非是使彈丸在離開炮口(導軌)時動能大一些；在飛行途中阻力小一些，最好再增加一些動能，或者幾種辦法綜合使用。
主要增程技術的原理
要實現發射武器的增程，無非是使彈丸在離開炮口(導軌)時動能大一些；在飛行途中阻力小一些，最好再增加一些動能，或者幾種辦法綜合使用。
隨行裝藥
對於利用火藥發射的彈丸，高初速是增大射程的重要因素。提高初速的關鍵是膛壓曲線形成平台，平台越寬、越高，獲得的初速就越大。如果能在彈丸發射過程中造成定壓發射，則提高初速的效果更好。隨行裝藥就是利用壓力平台效應提高初速的一種方法。我國已在120毫米反坦克炮上使用了隨行裝藥。
隨行裝藥的原理是：在擊發底火後，先點燃中心點火管內的點火藥，再逐步點燃主裝藥和可燃藥筒；主裝藥燃氣攜帶藥粒一起運動，形成典型的氣固兩相流動，隨著膛壓升高，彈丸開始運動，當管內壓力上升到一定程度時，點火管開始破孔或開裂，隨行裝藥適時點燃。由於加入了新能量，使壓力曲線不降低、形成壓力平台，從而增大了彈丸的初速。
對於利用火藥發射的彈丸，高初速是增大射程的重要因素。提高初速的關鍵是膛壓曲線形成平台，平台越寬、越高，獲得的初速就越大。如果能在彈丸發射過程中造成定壓發射，則提高初速的效果更好。隨行裝藥就是利用壓力平台效應提高初速的一種方法。我國已在120毫米反坦克炮上使用了隨行裝藥。
隨行裝藥的原理是：在擊發底火後，先點燃中心點火管內的點火藥，再逐步點燃主裝藥和可燃藥筒；主裝藥燃氣攜帶藥粒一起運動，形成典型的氣固兩相流動，隨著膛壓升高，彈丸開始運動，當管內壓力上升到一定程度時，點火管開始破孔或開裂，隨行裝藥適時點燃。由於加入了新能量，使壓力曲線不降低、形成壓力平台，從而增大了彈丸的初速。
液體發射藥 液體發射藥火炮的發射藥由一般的固態變成液態，有整裝式、外部動力噴射式和再生噴射式三種設計方案。發射用的燃料最初裝在貯液室中，貯液室與燃燒室之間由活塞隔開。在內彈道過程中，由點火作用推動活塞，壓縮貯液室中的液體燃料；通過活塞上的噴射孔將燃料噴射到燃燒室，並使之霧化和充分燃燒，生成燃氣推動彈丸運動。可以通過控制液體燃料的噴射規律，達到膛壓曲線的平台效應，從而獲得高初速。如美國開發的液體發射藥，使現役155毫米標準榴彈炮的射程達到65千米。
衝壓增程
衝壓增程主要分為身管衝壓增程和衝壓發動機增程。身管衝壓增程是在火炮射管內利用衝壓裝置，使彈丸獲得很高的初速。衝壓發動機增程彈則是在彈丸從膛內發射出去後，利用衝壓發動機獲得高初速。在高速飛行中，空氣由彈丸頭部的進氣口進入彈丸內膛的噴射器，然後進入燃燒室，空氣流過燃燒的燃料表面，氧氣與燃料充分作用，燃氣流經噴管加速，以很高的速度從噴管噴出。這種很大的後噴動量，使彈丸得到高初速。據報導，美國已利用120毫米衝壓加速器進行了增加彈丸初速的試驗。
新型發射技術 新型發技術大體上分為電磁發射、電熱發射、電熱，化學發射三種類型。
電磁發射技術也稱電磁炮。它是利用電磁力推動彈丸，原理如圖4所示。發射時，電流由一條導軌流經電樞，再由另一條導軌流回，從而構成閉合迴路。強大的電流流經兩平行導軌時，在兩導軌間產生強大的磁場，這個磁場與流經電樞的電流相互作用，產生強大的電磁力。該力推動電樞和置於電樞前面的彈丸沿導軌加速運動，從而獲得高速度。
電熱發射技術也稱電熱炮。它是利用燃燒室內兩電極間形成高壓電弧放電，使燃燒室內的工質產生電漿、形成熱壓力及部分電磁力來加速彈丸。電熱炮和電磁炮若要達到期望效果，對硬體的要求很高，有可能影響火炮的機動性能。因此，雖然理論問題基本上得到了解決，但真正列裝還未見報導。
電熱—化學混合發射技術也稱電熱-化學炮。它使用電能和化學能混合能源，利用電熱發射技術產生高溫電漿流，使火藥充分釋放出大量化學能，以熱壓力推進彈丸運動。其原理如圖5所示。兩種能源的分配比例，視彈丸要求的初速而定。美國FMC公司已研製了功率9兆焦耳的120毫米電熱·化學炮。
衝壓增程
衝壓增程主要分為身管衝壓增程和衝壓發動機增程。身管衝壓增程是在火炮射管內利用衝壓裝置，使彈丸獲得很高的初速。衝壓發動機增程彈則是在彈丸從膛內發射出去後，利用衝壓發動機獲得高初速。在高速飛行中，空氣由彈丸頭部的進氣口進入彈丸內膛的噴射器，然後進入燃燒室，空氣流過燃燒的燃料表面，氧氣與燃料充分作用，燃氣流經噴管加速，以很高的速度從噴管噴出。這種很大的後噴動量，使彈丸得到高初速。據報導，美國已利用120毫米衝壓加速器進行了增加彈丸初速的試驗。
新型發射技術 新型發技術大體上分為電磁發射、電熱發射、電熱，化學發射三種類型。
電磁發射技術也稱電磁炮。它是利用電磁力推動彈丸，原理如圖4所示。發射時，電流由一條導軌流經電樞，再由另一條導軌流回，從而構成閉合迴路。強大的電流流經兩平行導軌時，在兩導軌間產生強大的磁場，這個磁場與流經電樞的電流相互作用，產生強大的電磁力。該力推動電樞和置於電樞前面的彈丸沿導軌加速運動，從而獲得高速度。
電熱發射技術也稱電熱炮。它是利用燃燒室內兩電極間形成高壓電弧放電，使燃燒室內的工質產生電漿、形成熱壓力及部分電磁力來加速彈丸。電熱炮和電磁炮若要達到期望效果，對硬體的要求很高，有可能影響火炮的機動性能。因此，雖然理論問題基本上得到了解決，但真正列裝還未見報導。
電熱—化學混合發射技術也稱電熱-化學炮。它使用電能和化學能混合能源，利用電熱發射技術產生高溫電漿流，使火藥充分釋放出大量化學能，以熱壓力推進彈丸運動。其原理如圖5所示。兩種能源的分配比例，視彈丸要求的初速而定。美國FMC公司已研製了功率9兆焦耳的120毫米電熱·化學炮。
改變彈丸結構
(1)改變彈丸形狀減阻
彈丸在空中飛行的空氣阻力主要是“零升阻力”，由垂直彈丸表面的壓力引起的波阻、空氣的粘性引起的摩擦阻力、彈體後部低壓區形成的底部阻力(底阻)組成。上述各阻力的阻力係數與彈丸形狀有關。彈形減阻的關鍵是減小波阻和底阻，對波阻影響最大的是全彈長度以及彈頭長度占全彈長度的比例，對底阻影響最大的是尾部長度和船尾角。因而，用改變彈丸形狀的方法來減阻，就是針對以上影響因素。如155毫米低阻遠程榴彈，彈丸幾乎沒有圓柱部分，頭部占全彈長的80%。
(1)改變彈丸形狀減阻
彈丸在空中飛行的空氣阻力主要是“零升阻力”，由垂直彈丸表面的壓力引起的波阻、空氣的粘性引起的摩擦阻力、彈體後部低壓區形成的底部阻力(底阻)組成。上述各阻力的阻力係數與彈丸形狀有關。彈形減阻的關鍵是減小波阻和底阻，對波阻影響最大的是全彈長度以及彈頭長度占全彈長度的比例，對底阻影響最大的是尾部長度和船尾角。因而，用改變彈丸形狀的方法來減阻，就是針對以上影響因素。如155毫米低阻遠程榴彈，彈丸幾乎沒有圓柱部分，頭部占全彈長的80%。
空心彈丸是相對於實心彈丸而言的超聲速旋轉穩定彈丸。最簡單的空心彈丸就是一個中空的圓管，由於空心彈丸沿軸線是一個通孔，幾乎所有靠近圓管前端面的空氣都可以從中流過。如果設計合理，在頭部、空心管和尾部都可以形成均勻的超音速流場。從理論上講，就可以基本上消除約占總阻50%的頭部激波阻力和約占總阻40%的尾部渦流阻力。這樣就從根本上改善了彈丸的氣動特性，從而增大有效射程、縮短飛行時間、增加對目標的能量傳遞。空心彈丸減阻技術已經比較成熟，但提高威力和最佳化彈托等方面還需要進一步發展。加拿大105毫米L7A1型坦克炮脫殼穿甲彈，就採用了空心彈丸減阻技術。
外部加能加熱減阻
(1)底排增程
圓柱形彈丸的彈尾部形成低壓區(即周圍被氣體邊界包圍的低壓空間)，造成底部阻力。底排增程技術根據氣體熱力學原理，向彈尾部的低壓區排入質量、熱量(即加能、加熱)，提高這一空間的壓力，從而減小底阻、增大射程。各國已有裝備。如比利時155毫米榴彈炮原射程為30千米，改用底排增程彈後達到39千米，增程率為30%。我國59式130毫米加農炮採用底排增程彈，射程從27千米增加到38千米，增程率達40%。
外部加能加熱減阻
(1)底排增程
圓柱形彈丸的彈尾部形成低壓區(即周圍被氣體邊界包圍的低壓空間)，造成底部阻力。底排增程技術根據氣體熱力學原理，向彈尾部的低壓區排入質量、熱量(即加能、加熱)，提高這一空間的壓力，從而減小底阻、增大射程。各國已有裝備。如比利時155毫米榴彈炮原射程為30千米，改用底排增程彈後達到39千米，增程率為30%。我國59式130毫米加農炮採用底排增程彈，射程從27千米增加到38千米，增程率達40%。
(2)火箭增程
火箭增程彈靠火箭發動機產生的高速後噴氣流對火箭產生反作用力，再加上火箭發動機出口處的壓力與大氣壓力之間的壓力差，產生向前的推力，增大火箭向前的速度從而達到增程目的。由於火箭彈的彈體內要裝燃料，因而對戰鬥部的威力有一定負面影響。火箭增程技術在二戰期間就已開始研究了。在各國新近研製的先進火炮系統中仍有利用，如法國射程33千米的155毫米TR1火箭增程彈，俄羅斯射程50千米的203毫米2S7火箭增程彈。
滑翔增程技術
滑翔增程彈是彈體上裝有翼面的炮彈，增程原理是：炮彈在以一定速度飛行、保持一定攻角的情況下，能依靠彈翼產生向上的升力，使炮彈的高度降低很慢，從而飛行較遠的距離、達到增大射程的目的。國外已有的滑翔增程彈有英國的XM982式155毫米複合增程彈等。
增程與射擊精度
發射武器增程技術的發展受戰術要求和技術水平的制約。其中，最主要的影響因素是增程與射擊精度的矛盾。為提高增程發射武器的射擊精度，採取了兩種解決辦法。
一種方法是“彈外法”，即從炮彈、火箭彈以外想辦法。70年代以後，由於提高了目標探測、定位定向、氣象諸元探測、射擊精度諸元解算等環節的精度，得以在不影響射擊精度的情況下實現增大射程，火炮和火箭炮系統增程與射擊精度的矛盾初步得到解決。
另一種方法是“彈上法”，即從炮彈、火箭彈自身想辦法。採用彈道修正、簡易控制、末端敏感和末制導等方法，從彈上解決搜尋、識別、跟蹤、瞄準目標的問題，從而使增程不與射擊精度發生線性關聯，消除了射擊精度對增大射程的限制。
增程技術的發展方向
從20世紀60年代開始，遠程火炮與無控火箭以每10年約25%～30%的速度增加的，地面火炮的最大射程已達40～50千米，已研製成功的遠程火箭射程可達70千米，正在研製射程150千米以上的超遠程火箭炮。在未來，發射武器的射程還會進一步增大，各種複合增程技術將起主導作用，衝壓增程技術、滑翔增程技術將會發展到工程套用階段。新型發射能源將使發射武器獲得更高的初速，使發射武器的射程得到大幅度提高。
增程與射擊精度
發射武器增程技術的發展受戰術要求和技術水平的制約。其中，最主要的影響因素是增程與射擊精度的矛盾。為提高增程發射武器的射擊精度，採取了兩種解決辦法。
一種方法是“彈外法”，即從炮彈、火箭彈以外想辦法。70年代以後，由於提高了目標探測、定位定向、氣象諸元探測、射擊精度諸元解算等環節的精度，得以在不影響射擊精度的情況下實現增大射程，火炮和火箭炮系統增程與射擊精度的矛盾初步得到解決。
另一種方法是“彈上法”，即從炮彈、火箭彈自身想辦法。採用彈道修正、簡易控制、末端敏感和末制導等方法，從彈上解決搜尋、識別、跟蹤、瞄準目標的問題，從而使增程不與射擊精度發生線性關聯，消除了射擊精度對增大射程的限制。
增程技術的發展方向
從20世紀60年代開始，遠程火炮與無控火箭以每10年約25%～30%的速度增加的，地面火炮的最大射程已達40～50千米，已研製成功的遠程火箭射程可達70千米，正在研製射程150千米以上的超遠程火箭炮。在未來，發射武器的射程還會進一步增大，各種複合增程技術將起主導作用，衝壓增程技術、滑翔增程技術將會發展到工程套用階段。新型發射能源將使發射武器獲得更高的初速，使發射武器的射程得到大幅度提高。
