一种增容式火炮初速连续化装置及控制方法

技术领域

本发明涉及火炮研发领域，特别是涉及一种增容式火炮初速连续化装置及控制方法。

背景技术

大口径地面火炮一般采用分装式弹药，即弹丸和发射药分开，装填时，先装填弹丸再装填发射药。目前我国的大口径地面火炮普遍采用“药筒+药包”的装药方式，药筒里面的药包数量可以调整，这样一来，通过调整药筒(全变装药和减变装药)和药筒内的药包数量形成一个离散的装药号数序列，不同装药号数对应不同弹丸初速(也称火炮初速)。火炮装药的发展趋势是模块化装药，使用模块化装药时，也是对应几个离散的弹丸初速。

如果不考虑空气阻力，火炮的水平射击距离与两个因素有关，一个是高低射角、一个是弹丸初速，目前，通过这两个因素的配合，火炮可以实现对射程范围内任意距离的目标进行打击。要注意的是火炮的高低射角是可以连续变化的，但是火炮的初速只有几个离散数值，是不能连续变化的。如果在火炮高低射角调整机构(通常是高低机)发生故障时，火炮就只能对几个有限距离的目标进行射击，影响火炮性能的发挥。

随着信息化技术在火炮上的使用，目前许多新式火炮都具有“多弹同时弹着”的能力，也就是说，同一门火炮先在高射角低初速发射第一发炮弹，再降低高低射角提高初速发射第二发炮弹，接着再降低高低射角提高初速发射第三发炮弹，…，通过发射时刻、高低射角、弹丸初速的精确配合，实现几发炮弹同时命中目标，相当于一门炮达到几门炮的火力效果。火炮这种能力与火控计算机的高效计算、供输弹机的高速供弹、射角的快速调整、装药号的快速切换是分不开的。这里面就有一个制约因素，也就是弹丸初速不是连续化的，否则火炮的“多弹同时着发”能力更强，也就是有更多的发射时刻、高低射角、弹丸初速的组合方案，可以让更多的炮弹同时命中目标。

这样看来，实现大口径地面压制火炮初速的连续化有着重要的实际意义，可使火炮的火力机动性更强。火炮射击某个目标，可以用更多的弹道方案达到，当火炮高低射角调整装置损坏时，火炮通过调整弹丸初速可以实现对射程内任意距离目标进行打击；采用“多弹同时着发”射击时，可以达到更强大的火力效果。因此，需要一种可以实现火炮初速连续化的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种增容式火炮初速连续化装置及控制方法，通过增加药室的容积实现火炮初速的连续化。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种增容式火炮初速连续化装置，包括：扩容模块和火炮身管；

所述火炮身管包括身管壁和身管内膛；所述身管内膛设置在所述身管壁内；所述身管内膛包括依次连接的药室、坡膛和膛线部；所述药室位于远离所述身管内膛的出射口的一端；所述膛线部为弹丸的运行轨道；

所述扩容模块包括控制器、活塞杆、活塞头和活塞管；所述活塞杆的一端与所述活塞头连接；所述活塞杆和所述活塞头均设置在所述活塞管内；所述活塞管远离所述活塞杆的一端与所述药室连接；所述控制器与所述活塞杆连接；所述控制器用于控制所述活塞杆移动以改变所述活塞管的容积；所述扩容模块用于扩充所述药室的容积。

可选地，所述活塞管包括水平孔和一端与所述水平孔连接的垂直孔；所述水平孔与所述垂直孔互相垂直；所述水平孔内设置所述活塞杆和所述活塞头；所述垂直孔的另一端与靠近所述坡膛的所述药室一端连接。

可选地，所述扩容模块还包括与所述控制器连接的油泵；所述油泵与所述活塞杆的另一端连接；所述油泵用于驱动所述活塞杆运动。

可选地，所述扩容模块还包括与所述活塞头连接的密封头；所述密封头用于密封所述活塞管。

可选地，还包括炮尾；所述炮尾上设置炮闩；所述炮闩与所述药室连接；所述炮闩用于封闭所述身管内膛。

可选地，所述控制器设置在所述炮尾上。

一种增容式火炮初速连续化控制方法，所述增容式火炮初速连续化控制方法应用于上述所述的增容式火炮初速连续化装置，所述增容式火炮初速连续化控制方法包括：

获取火炮初速和发射药信息；

根据所述火炮初速和所述发射药信息确定药室容积增大量；

根据所述药室容积增大量确定活塞头移动距离；

根据所述活塞头移动距离控制活塞杆移动。

可选地，在所述根据所述活塞头移动距离控制活塞杆移动之后，还包括：

关闭炮闩。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明中所述火炮身管包括身管壁和身管内膛；所述身管内膛设置在所述身管壁内；所述身管内膛包括依次连接的药室、坡膛和膛线部；所述药室位于远离所述身管内膛的出射口的一端；所述膛线部为弹丸的运行轨道；扩容模块包括控制器、活塞杆、活塞头和活塞管；活塞杆的一端与活塞头连接；活塞杆和活塞头均设置在活塞管内；活塞管远离活塞杆的一端与药室连接；控制器与活塞杆连接；控制器用于控制活塞杆移动以改变活塞管的容积；扩容模块用于扩充药室的容积。通过在发射射击时利用扩容模块对药室容积进行扩充，调整药室容积和装填发射药同时进行，在不降低射击速度的同时实现火炮初速的连续化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的增容式火炮初速连续化装置示意图；

图2为火炮概貌示意图；

图3为炮身内膛示意图；

图4为模块化装药炮身内膛示意图；

图5为装药号装药炮身内膛示意图。

符号说明：

1-控制器，2-活塞杆，3-活塞头，4-密封头，5-水平孔，6-身管，7-身管壁，8-垂直孔，9-坡膛，10-膛线，11-线缆，12-炮尾，13-炮闩，14-发射药，15-药室，16-弹带，17-弹丸，18-摇架，19-炮身，20-膛线部，21-模块化装药，22-装药号装药，23-药筒，24-药包，25-油泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种增容式火炮初速连续化装置及控制方法，通过增加药室的容积实现火炮初速的连续化。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的一种增容式火炮初速连续化装置，包括：扩容模块和火炮身管。

所述火炮身管包括身管壁7和身管内膛；所述身管内膛设置在所述身管壁7内；所述身管内膛包括依次连接的药室15、坡膛9和膛线部20；所述药室15位于远离所述身管内膛的出射口的一端；所述膛线部20为弹丸17的运行轨道。

所述扩容模块包括控制器1、活塞杆2、活塞头3和活塞管；所述活塞杆2的一端与所述活塞头3连接；所述活塞杆2和所述活塞头3均设置在所述活塞管内；所述活塞管远离所述活塞杆2的一端与所述药室15连接；所述控制器1与所述活塞杆2连接；所述控制器1用于控制所述活塞杆2移动以改变所述活塞管的容积；所述扩容模块用于扩充所述药室15的容积。

作为一种可选的实施方式，所述活塞管包括水平孔5和一端与所述水平孔5连接的垂直孔8；所述水平孔5与所述垂直孔8互相垂直；所述水平孔5内设置所述活塞杆2和所述活塞头3；所述垂直孔8的另一端与靠近所述坡膛9的所述药室15一端连接。

作为一种可选的实施方式，所述扩容模块还包括：与所述控制器1连接的油泵25；所述油泵25与所述活塞杆2的另一端连接；所述油泵25用于驱动所述活塞杆2运动，其中所述油泵25与控制器1通过线缆11连接。

作为一种可选的实施方式，所述扩容模块还包括：与所述活塞头3连接的密封头4；所述密封头4用于密封所述活塞管。

作为一种可选的实施方式，还包括：炮尾12；所述炮尾12上设置炮闩13；所述炮闩13与所述药室15连接；所述炮闩13用于封闭所述身管内膛。

作为一种可选的实施方式，所述控制器1设置在所述炮尾12上。

本发明还提供一种增容式火炮初速连续化控制方法，所述增容式火炮初速连续化控制方法应用于上述所述的增容式火炮初速连续化装置，所述增容式火炮初速连续化控制方法包括：

获取火炮初速和发射药信息。

根据所述火炮初速和所述发射药信息确定药室容积增大量。其中发射药信息包括火炮装药号和模块化装药数量。

根据所述药室容积增大量确定活塞头移动距离。

根据所述活塞头移动距离控制活塞杆移动。

作为一种可选的实施方式，在所述根据所述活塞头移动距离控制活塞杆移动之后，还包括：关闭炮闩。

本发明所要解决的技术问题是目前大口径火炮弹丸初速不连续，只是几个离散数值，火力机动性有待进一步提高。本发明的原理为：增大药室15容积可以降低弹丸初速，通过药室15容积一定范围内连续变化和火炮装药号配合，实现弹丸初速的连续化。由于要精准计算药室15容积变化的数值，所以该装置要用到控制装置和执行装置，这在信息化迅速发展的今天，实现起来并不困难。如图1所示，火炮身管包括身管壁7和身管内膛，身管内膛从后向前分别是药室15、坡膛9和膛线部20，膛线部20有膛线10，弹丸17装填到位时，弹丸17上的弹带16嵌在膛线10起始部。无论是药筒23装药还是模块化装药21，发射药14均装在药室15中，射击前用炮闩13封闭内膛。

本装置包括垂直孔8、水平孔5、活塞头3、密封头4、活塞杆2、油泵25、控制器1和线缆11等。垂直孔8和水平孔5开在药室15壁上，垂直孔8向下药室15联通，向上与水平孔5联通，通过活塞头3的移动改变水平孔5右侧容积从而改变药室15容积，油泵25为活塞头3移动提供动力，活塞头3移动距离用控制器1控制。

垂直孔8开在弹丸17尾部后面和装药前面的药室15位置，以同时适应装药号装药22和模块化装药21方式，因为装药号装药22会有药筒23，如果垂直孔8开孔位置偏于药室15后方，会被药筒23壁遮挡。水平孔5右侧容积随着活塞头3水平移动可在一定范围内变化，达到调整药室15容积的目的。由于垂直孔8容积不能调节，故垂直孔8直径很细，容积很小，可以忽略或者用增加药室15内壁涂层厚度来弥补。

要注意的是增加药室15容积是一种减速方法，是在某个装药号(或者模块化装药21组合)对应初速的基础上向下减小初速，也就是说药室15容积变化调整的只是各离散火炮初速之间的速度值，这样药室15容积调整不会太大，更容易实现。

活塞头3前方设置密封头4，并用油泵25带动活塞杆2驱动，油泵25用控制器1控制并带有锁紧装置，确保火炮射击时，活塞头3不移动；油泵25和控制器1安装在炮尾12上，可随炮身19后坐和复进。

如图2所示，火炮的摇架18通常为筒形，炮身19大致为中空圆柱，插入摇架18中，射击时沿着摇架18前后运动，也就是所谓的后坐和复进；炮身19后端用炮闩13堵住，密封火药气体，炮闩13在炮尾12内移动，炮尾12与炮身19固连。如图3所示，炮身19内膛一般分为药室15、坡膛9和膛线部20；发射药14设置在药室15内。膛线10是螺旋沟槽，和弹丸17弹带16配合，使弹丸17前进过程中旋转，提高射击精度，膛线部20为圆柱；坡膛9是药室15和膛线部20圆柱部的锥形过渡；药室15通常为锥形，容纳发射药14。其中弹带16固定在弹丸17上。如图4所示，发射药14可以为模块化装药21，没有药筒23，装入数个装药块，用炮闩13密封。如图5所示，发射药14可以为装药号装药22，装药号装药22是把药包24装在金属药筒23里，通过药包24数量的调整，来改变装药号，不同装药号，装药质量不同。

使用时，首先根据射击需要选定火炮初速，选定与该初速最接近的偏大的火炮装药号(或模块化装药21数量)，而后用控制器1计算药室15容积的增大量，并进一步折算出活塞头3的水平移动距离，用油泵25驱动活塞头3移动，这一过程可以在调整药包24和装填药筒23时同步进行，这样关闭炮闩13进行射击时，装药号(或模块化装药21)和扩大的药室15容积就能达到需要的火炮初速。由于调整药室15容积和装填发射药14可以同时进行，并不会降低射击速度。

计算药室15容积增大量，要求解内弹道方程组如式(1)所示。计算时要用到具体火炮的参数。

式(1)中，ψ为火药燃去百分数，Z为火药燃去相对厚度，t为时间，χ，λ，μ均为药粒的形状特征量，u

求解式(1)，可以获得对应弹丸行程l的弹丸速度v，在弹丸行程达到最大，也即弹丸出炮口时对应的弹丸速度即弹丸初速v

实现初速连续化的方法的原理是增加药室15容积，增加药室15容积，弹后空间体积变大，膛压会下降，弹丸初速会下降；精确调整药室15增加量就可以精确控制初速下降达到需要的初速。本发明属于小范围调整，以目前的装药号或者模块化装药21为基础，在确定的几个离散弹丸初速值之间调整弹丸初速，也就是在离散的速度值之间填充不同的速度，达到弹丸初速连续化的目的。本发明是对目前大口径火炮仅有离散初速的较大创新，对提高火炮火力机动性具有重要作用，具有良好的应用前景。用改变药室15容积的方法与装药号或者模块化装药21配合，使火炮初速可以连续变化。本发明可以有效解决目前火炮初速只有几个离散值的问题，提高火炮的火力机动性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。