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2 炮口制退器与炮口流场概述2.1 炮口制退器上一章中提到炮口装置将改变炮口气流的方向与能量的分配，下面将更为详细的讨论炮口制退器的原理与其结构特点。
炮口制退器的工作原理就是使火药燃气通过侧壁的孔道向两侧喷射而出，从而减少从前方喷出的气体量，可以以减小后座部分的冲量，从而减小后座动能。
同时冲击侧挡板，从侧挡板喷射而出的火药气体将对身管有一个向前的力，这将使身管产生一个向前的运动趋势，与弹丸出膛后的后座运动相互抵消一部分，减小了后座部分的能量。
图2.1 炮口制退器原理图常见的火炮炮口制退器结构形式可以分为以下三类：（1）冲击式或开腔式炮口制退器这种类型炮口制退器结构特点是腔室直径较大（一般不小于2倍口径），两侧具有大面积侧孔，前方带有一定角度的反侧挡板。
例如，某85J炮口制退器（图2.2）。
在相同重量的条件下，冲击式炮口制退器的效率一般高于其他结构形式的效率。
图2.2冲击式炮口制退器图（2）反作用式炮口制退器这种炮口制退器腔室直径较小（一般不超过1.3倍口径），没有或只有很小的前反射挡板，侧孔多排分布。
火药燃气进入这种结构的的炮口制退器后有一部分气体从侧孔流出，起速度方向可由侧孔角度控制。
这种制退器多用于带尾翼的滑膛炮，以保证弹丸的尾翼在离开炮口制退器前不张开。
图2.3反作用式炮口制退器（3）冲击反作用式炮口制退器这种炮口制退器具有较大直径的内腔（大于1.3倍口径）和分散的条形或圆形侧孔。
这种制退器结合了冲击式和反作用式两类炮口制退器的优点，地面火炮中，安装的炮口制退器多数为冲击反作用式。
图2.4冲击反作用式炮口制退器2.2 膛口流场膛口流场是由从膛内高速流出的前膨胀波非定长射流与在膛口外的空气相互作用而形成的。
这种过程除了发生涡流及激波等现象外，燃气与空气中氧还要再次作用而发生爆燃，这就是二次焰[9]。
膛口流场可分为初始流场和主流场。
下图（图2.5）为炮口流场示意图。
图2.5 炮口流场示意图2.2.1不带膛口装置的炮口流场(1) 初始流场初始流畅是指弹头未出膛口前，火药气体流场尚未形成的膛口流场。
第４３卷第６期２０２１年１２月指挥控制与仿真ＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ＆ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＶｏｌ ４３㊀Ｎｏ ６Ｄｅｃ ２０２１文章编号：１６７３⁃３８１９（２０２１）０６⁃００８８⁃０６基于Ｆｌｕｅｎｔ的某小口径火炮炮口流场仿真及射手防护研究薛㊀滨，何㊀永，张海龙（南京理工大学机械学院，江苏南京㊀２１００００）摘㊀要：针对某小口径高射速火炮后坐力与无人战车不匹配的问题，采用了截短型身管，并设计了相应的炮口制退器结构㊂经炮口制退器优化后显示，挡板与ｙ轴夹角为１５ʎ的炮口制退器性能最优㊂为研究此炮口制退器在射击时产生的超压与噪声对射手的影响，使用计算流体力学软件Ｆｌｕｅｎｔ对炮口制退器周围区域进行了超压与噪声的数值模拟㊂仿真结果表明，随着接收点与炮口的距离变远，接收点的超压与噪声强度也在不断减小，在炮口制退器周围１ｍ的区域范围内，射手应佩戴相应的防护用具㊂仿真结果有助于研究炮口冲击波特征，并为炮口附近射手的安全防护提供了参考㊂关键词：炮口制退器；数值模型；超压；噪声；安全中图分类号：ＴＪ３０１㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃３８１９．２０２１．０６．０１６ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＭｕｚｚｌｅＦｌｏｗＦｉｅｌｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＳｈｏｏｔｅｒＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆａＳｍａｌｌＣａｌｉｂｅｒＧｕｎＢａｓｅｄｏｎＦｌｕｅｎｔＸＵＥＢｉｎ，ＨＥＹｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＨａｉ⁃ｌｏｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｒｅｃｏｉｌｆｏｒｃｅｏｆａｓｍａｌｌｃａｌｉｂｅｒｈｉｇｈｒａｔｅｏｆｆｉｒｅｇｕｎｄｏｅｓｎｏｔｍａｔｃｈｔｈｅｕｎｍａｎｎｅｄｖｅ⁃ｈｉｃｌｅ，ｔｈｅｔｒｕｎｃａｔｅｄｂａｒｒｅｌｉｓａｄｏｐｔｅｄａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｍｕｚｚｌｅｂｒａｋｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｍｕｚｚｌｅｂｒａｋｅｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｍｕｚｚｌｅｂｒａｋｅｗｉｔｈａｎａｎｇｌｅｏｆ１５ｄｅｇｒｅｅｓｂｅｔｗｅｅｎｂａｆｆｌｅａｎｄｙａｘｉｓｈａｓｔｈｅｂｅｓｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｎｏｉｓｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅｍｕｚｚｌｅｂｒａｋｅｏｎｔｈｅｓｈｏｏｔｅｒ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｎｏｉｓｅｉｎｔｈｅａｒｅａａｒｏｕｎｄｔｈｅｍｕｚｚｌｅｂｒａｋｅｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙｕｓｉｎｇｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓｓｏｆｔｗａｒｅＦｌｕｅｎｔ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｎｏｉｓｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｒｅｃｅｉｖｉｎｇｐｏｉｎｔｄｅｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒｅｃｅｉｖｉｎｇｐｏｉｎｔａｎｄｍｕｚｚｌｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｓｈｏｏｔｅｒｓｈｏｕｌｄｗｅａｒｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｗｉｔｈｉｎｔｈｅａｒｅａｏｆ１ｍａｒｏｕｎｄｔｈｅｍｕｚｚｌｅｂｒａｋｅ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｈｅｌｐｆｕｌｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍｕｚｚｌｅｓｈｏｃｋｗａｖｅａｎｄｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｓａｆｅｔｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｍａｒｋｓｍａｎｎｅａｒｍｕｚｚｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｕｚｚｌｅｂｒａｋｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌ；ｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｎｏｉｓｅ；ｓａｆｅｔｙ收稿日期：２０２１⁃０８⁃２６修回日期：２０２１⁃０９⁃２４作者简介：薛㊀滨（１９９７ ），男，江苏泰州人，硕士研究生，研究方向为火炮总体设计㊂何㊀永（１９６８ ），男，副研究员，硕士生导师㊂㊀㊀现代战争中，体积小㊁重量轻㊁射程远㊁威力大㊁打击类型多是传统火炮的发展趋势［１］㊂功率增大㊁机动性提高是无人战车发展的重要方向［２］㊂无人战车与火炮的结合是未来战争发展的趋势㊂然而，随着装备火炮威力的增加，对应的火炮后坐力也在逐步增大㊂为解决火炮后坐力与无人战车不匹配的矛盾，本文以某小口径火炮为研究对象，将其截短至１ ８ｍ，并设计了与之相匹配的炮口制退器，用于减小后坐力㊂炮口制退器作为反后坐装置的一个重要组成部分，根据用途和工作原理的不同，可分为半开腔式㊁开腔式和身管式［３］㊂其反后坐原理是通过控制后效期火药气体的流量分配和气流速度对炮身提供一个制退力，使炮膛合力减小，从而减小火炮的后坐动能和射击负荷［４］㊂在火炮后坐时，火药气体会在炮口制退器的腔室内膨胀，最终通过侧孔流出，形成膛口流场㊂所形成的膛口流场是非定常㊁带有强激波的复杂流场［５］㊂目前，马丽璇㊁李恩义［６］分析了弹丸与流场耦合的相互影响，发现了二次燃烧会推动膛口马赫盘向后移动的情况㊂郭则庆，乔海涛［７］发现冲击波超压峰值变化与飞行马赫数有关，推导了压力峰值变化与飞行马赫数的关系㊂徐达㊁罗业［８］研究了不同炮口制退器侧孔的形状会对膛口流场产生的影响㊂李鹏飞等通过设置监测点对膛口装置附近的压力值进行了研究［９］，张晓莺等通过设置监测点对膛口装置附近的噪声监测做了详细研究［１０］，发现超压与噪声值随时间变化不断衰减㊂ＥｋａｎｓｈＣｈａｔｕｒｖｅｄｉ等通过研究过去３０年膛口制退器的专利，分析了结构参数对膛口制退器受力的影响［１１］㊂以上学者分析了弹丸速度㊁炮口制退器侧孔形状㊁火药二次燃烧情况对膛口流场的影响以及炮口制退器侧孔中心超压与噪声的情况，但没有对炮口制退器结构对流场产生的影响和炮口制退器附近射手的超压与噪声的安全防护进行研究，因此，本文以１５ʎ挡板. All Rights Reserved.第６期指挥控制与仿真８９㊀的炮口制退器为基础，对不同角度挡板的炮口制退器进行了优化，通过设置多个位置的超压和噪声监测点监测了炮口制退器周围超压与噪声的变化情况，为炮口附近射手的超压与噪声防护提供了参考㊂１㊀数学模型１ １㊀基本假设膛口流场是非定常㊁多相㊁伴随化学反应的复杂湍流流场，因此，仿真计算一般是在一些理论假设的前提下进行㊂在计算前应作如下假设［１２］：１）火药气体为一维准定常等熵流动；２）火药气体为理想气体，即忽略燃气的组分和化学反应的影响；３）炮口为临界截面；４）后效期膛内火药气体均匀分布㊂１ ２㊀控制方程当不考虑外加热和彻体力的影响时，笛卡尔坐标系下的二维轴对称可压缩非定常的Ｎ－Ｓ方程组为∂Ｑ∂ｔ＋∂Ｆ∂ｘ＋∂Ｇ∂ｙ＝σｙＳ（１）式中：Ｑ为守恒变矢量；Ｆ㊁Ｇ分别为坐标方向的通量；Ｓ为轴对称源项，具体表达式为：Ｑ＝ρρｕρｖρｅéëêêêêêùûúúúúúＦ＝ρｕρｕ２＋ｐ－τｘｘρｕｖ－τｘｙ（ρｅ＋ｐ）ｕ－ｕτｘｘ－ｖτｘｙ＋ｑｘéëêêêêêùûúúúúúＧ＝ρｖρｕｖ－τｘｙρｖ２＋ｐ－τｙｙ（ρｅ＋ｐ）ｖ－ｕτｘｙ－ｖτｙ＋ｑｙéëêêêêêùûúúúúúＳ＝ρｖρｕｖ＋τｘｙρｖ２＋τｙｙ－τθθρ（ｅ＋ｐ）ｖ＋ｕτｘｙ＋ｖτｙ－ｑｙéëêêêêêùûúúúúú压力由理想气体方程给出，即ｐ＝（γ－１）ρｅ－ρ２（ｕ２＋ｖ２）éëêêùûúú（２）式中：ρ为气体密度；ｕ，ｖ分别为ｘ㊁ｙ方向的速度分量；ｅ为总能量；γ为气体比热比；μ为层流黏性系数；ｋ为热导率；ｑｘ㊁ｑｙ分别为单位质量的体积加热率；系数σ决定流动类型，当σ＝１时，为二维轴对称模型，当σ＝０时，为二维平面流动模型㊂２㊀炮口制退器的优化在设计炮口制退器时，初选炮口制退器挡板与ｙ轴成１５ʎ角㊂当选取挡板角度过大时，挡板无法大角度地改变气流方向，反而会使设计的炮口制退器尺寸过大，设计没有意义㊂当选取炮口制退器挡板角度过小时，炮口制退器侧孔射流会垂直喷出，极大地降低炮口制退器的效率㊂因此，本节以１５ʎ炮口制退器挡板为基础，以２ʎ为差值，分别对１１ʎ㊁１３ʎ㊁１５ʎ㊁１７ʎ挡板的炮口制退器进行了受力情况的研究㊂由图１可见，挡板角度为１５ʎ时，炮口制退器受力最大，制退效率最高；挡板角度为１７ʎ时，炮口制退器受力最小，制退效率最低，这是由于挡板角度过大，侧孔出流的气体冲刷挡板的面积变大，使得炮口制退器在ｙ轴方向受力变大，同时会增加炮口在ｙ轴方向的跳动；挡板角度为１１ʎ和１３ʎ时炮口制退器受力对比变化不大，但从图１可看出，１３ʎ挡板炮口制退器在０ ００２５ｓ时相较１１ʎ挡板炮口制退器有一个受力的突变，这是由于１３ʎ挡板的受力面积相较１１ʎ挡板的受力面积更大，属于正常现象㊂因此，选用１５ʎ挡板的炮口制退器进行超压与噪声的研究㊂图１㊀不同挡板条件下炮口制退器受力曲线３㊀计算模型及边界条件３ １㊀炮口制退器建模及网格划分二维模型局部等效及网格划分如图２所示㊂图２ａ）所示的为炮口制退器二维等效图，图２ｂ）所示的为炮口制退器计算流场网格划分图㊂网格划分分为两块区域：一块为流体区域，主要包括火药气体和大气；一块为炮口制退器网格划分区㊂考虑火炮身管厚度为１７ｍｍ且不考虑其传热，在流场中通过布尔运算切除身管区域㊂. All Rights Reserved.９０㊀薛㊀滨，等：基于Ｆｌｕｅｎｔ的某小口径火炮炮口流场仿真及射手防护研究第４３卷图２㊀炮口制退器建模及网格划分图炮口制退器材料为固体，在Ｆｌｕｅｎｔ中选择材料为钢㊂为使气流能够在外流场中充分膨胀，取网格划分区域长５ｍ，宽１ ５２３ｍ㊂由于制退器内部流场复杂，对该区域采用结构网格，以提高网格质量㊂计算时采用二维轴对称模型㊁密度求解器，将火药气体简化为理想气体，采用Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅｋ⁃ε模型，初始化条件为内弹道计算提供的出口压力和速度㊂实际计算中，由于二维炮口制退器等效侧孔面积大于三维炮口制退器，因此，炮口制退器受力计算结果偏大㊂但在监测炮口制退器附近超压与噪声时，只需炮口制退器尺寸外形结构参数，对计算结果影响不大㊂３ ２㊀仿真程序本文针对某小口径高射速火炮，为适应其在无人作战平台上的使用，对其进行了相应的身管截短㊂截短后身管长度为１ ８ｍ，膛内最大压力为３５２ＭＰａ㊂通过龙格⁃库塔法结合内弹道方程编写内弹道计算程序，确定了初始化的参数为膛压５２ ３ＭＰａ和炮口速度９３３ｍ／ｓ，得出压力时间与速度时间的曲线图分别如图３㊁图４所示㊂４㊀计算结果及分析４ １㊀膛口压力分析对炮口制退器受力分析可得０ ００１ｓ和０ ００２ｓ是炮口制退器受力的顶峰时刻㊂这两个时刻的压力等值线图能明显反应后效期开始时流场的发展过程㊂这两个时刻的压力等值线图如图５㊁图６所示㊂由图５可知，０ ００１ｓ时炮口制退器腔室内火药气体正处于膨胀时期，侧孔受压较大，此时为瓶状激波形成的前期阶段，只能观察到两边侧孔与中央炮孔的流图３㊀内弹道压力时间曲线图４㊀内弹道速度时间曲线图５㊀０ ００１ｓ时炮口制退器处压力等值线图图６㊀０ ００２ｓ时炮口制退器处压力等值线图场情况㊂由图６可知，０ ００２ｓ时压力膨胀值远小于０ ００１ｓ，此时炮口制退器外形成了完整的压力波，同时上下两侧侧孔射流交汇，生成了较小的瓶状激波［１３］㊂. All Rights Reserved.第６期指挥控制与仿真９１㊀由仿真计算结果可知初始流场㊁火药气体流场的形成过程㊁变化趋势［１４］，为炮口制退器附近射手的超压与噪声的防护研究打下了基础㊂４ ２㊀超压值监测为了研究炮口制退器周围超压值的大小，在射手位置和制退器后方，即制退器轴线０ʎ㊁３０ʎ㊁６０ʎ㊁１５０ʎ㊁１６５ʎ方向的１ｍ㊁１ ５ｍ㊁１ ８ｍ分别设置压力监测点，监测点的布置如图７所示㊂图７㊀超压点监测位置图炮口制退器０ʎ轴线方向超压值如图８所示㊂图８㊀炮口制退器轴线０ʎ方向超压值炮口制退器３０ʎ轴线方向超压值如图９所示㊂图９㊀炮口制退器轴线３０ʎ方向超压值炮口制退器６０ʎ轴线方向超压值如图１０所示㊂炮口制退器１５０ʎ轴线方向超压值如图１１所示㊂炮口制退器１６５ʎ轴线方向超压值如图１２所示㊂由图８㊁图９㊁图１０㊁图１１㊁图１２可以看出，距离炮口１ｍ处的超压峰值可达７２ｋＰａ以上，因此，如果射手图１０㊀炮口制退器轴线６０ʎ方向超压值图１１㊀炮口制退器轴线１５０ʎ方向超压值图１２㊀炮口制退器轴线１６５ʎ方向超压值处于１ｍ处可能会受到轻微伤害㊂观察图中超压变化趋势可知，炮口制退器冲击波能量随着传播距离增加，能量逐渐衰减，且能量衰减的速度不断增大，然而由于炮口制退器结构对流场造成的剧烈干扰［１５］，在监测点处出现压力的二次峰值，经过一段时间后，压力逐渐下降到可接受的正常水平㊂实验表明，在０ １４ ０ ２１ＭＰａ的超压下会引起肺腑的损伤，因此，射手应站在炮口１ｍ范围外或佩戴相应的防护用具㊂４ ３㊀噪声监测炮口冲击波会对射手造成明显的心理伤害㊂由ＧＪＢ２Ａ⁃９６‘常规兵器发射或爆炸时压力波对人体安全的标准“可知，在非垂直入射时压力波的安全标准公式为９２㊀薛㊀滨，等：基于Ｆｌｕｅｎｔ的某小口径火炮炮口流场仿真及射手防护研究第４３卷Ｌｐ＝１７７－６ｌｇＴＮ（３）式中：Ｌｐ表示可允许噪声的分贝数；Ｔ表示脉宽的毫秒数，Ｎ为一天内发射的总数㊂所以，必须探究火炮连续射击时产生的噪声值，此时以峰值压力和延续时间来表示冲击波强度㊂噪声值与基准压力之间的关系为ｄＢ＝２０ｌｇΔｐｐｒ（４）式中，Ｐｒ表示基准压力㊂在流场计算结束后，将接收点捕捉到的声压数据文件导入Ｆｌｕｅｎｔ，通过ＦＦＴ变换将压力脉动信号转换为声压级频谱，计算得到的炮口制退器６０ʎ方向１ｍ处噪声谱如图１３所示㊂图１３㊀炮口制退器轴线６０ʎ方向１ｍ处声压频谱从图１３可以看出，炮口制退器出口的射流噪声是一种低频噪声，在０ １０００Ｈｚ频段噪声的能量最强，随着频段的升高，能量逐渐衰减，其中，噪声辐射能量在５０００Ｈｚ时会发生骤降，随后在一定范围内波动㊂该位置总声压预测结果为１５０ｄＢ㊂对其他监测点接收到的声源数据进行ＦＦＴ变换，列举３０ʎ方向１ｍ㊁１５０ʎ方向１ ５ｍ㊁１６５ʎ方向１ ８ｍ声压频谱为例，分别如图１４㊁图１５㊁图１６所示㊂图１４㊀炮口制退器轴线３０ʎ方向１ｍ处声压频谱由图１４ １６可以看出，虽然接收点的位置各不相同，但是噪声频谱有类似的变化趋势，即炮口制退器处图１５㊀炮口制退器轴线１５０ʎ方向１ ５ｍ处声压频谱图１６㊀炮口制退器轴线１６５ʎ方向１ ８ｍ处声压频谱射流噪声能量在低频段较高，随着频段的升高，噪声能量逐渐变低㊂同时，随着监测点与声源的距离越来越远，炮口制退器处射流噪声的强度也在逐渐减小㊂在炮口制退器轴线３０ʎ方向１ｍ处噪声值最终减小至８０ｄＢ；在炮口制退器轴线１５０ʎ方向１ ５ｍ处噪声值最终减小至７４ｄＢ；在炮口制退器轴线１６５ʎ方向１ ８ｍ处噪声值最终减小至７６ｄＢ㊂在实际射击中，射手常处于炮口制退器６０ʎ，距离１ｍ的位置，对该处的声压频谱曲线进行处理可以得到正相压力峰的脉宽Ｔ为２ ５ｍｓ，假设小口径火炮连续射击２发，按公式（３）计算射手位置射手能承受的噪声值约为１７２ ８０ｄＢ㊂在火炮连续射击２发时，按公式（４）可得射手位置的噪声值为２９０ｄＢ，超出了公式（３）计算的可允许噪声值为１７２ ８０ｄＢ，会导致射手的耳膜破裂，因此，射手在该位置应佩戴防护耳罩㊂其余位置射手的噪声防护可根据所计算的变化趋势参考炮口制退器６０ʎ１ｍ处㊂５㊀结束语本文基于Ｆｌｕｅｎｔ，在炮口制退器优化的基础上对炮口制退器附近的超压值与噪声强度进行了数值分析，为炮口制退器附近的射手安全防护提供了理论参考㊂. All Rights Reserved.第６期指挥控制与仿真９３㊀仿真采用了１５个监测点，分别对１ｍ㊁１ ５ｍ及１ ８ｍ半径内进行了超压与噪声的监测㊂得出以下结论：１）适用于此小口径高射速火炮的炮口制退器在挡板角度为１５ʎ时制退效率最高；２）距离炮口制退器１ｍ处超压峰值达到７２ｋＰａ，超过了安全值１４ｋＰａ，易造成射手肺腑损伤，射手应佩戴防护用具；３）在火炮连续射击两发时，炮口制退器６０ʎ１ｍ处的噪声值超过了计算允许的噪声值，会导致射手耳膜破裂，该位置进行射击操作时应佩戴防护耳罩㊂参考文献：［１］㊀ＱｉｕＭｉｎｇ，ＳｉＰｅｎｇ，ＳｏｎｇＪｉｅ，ＬｉａｏＺｈｅｎｑｉａｎｇ．ＲｅｃｏｉｌＲｅ⁃ｄｕｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｏｆＧｕｎｗｉｔｈＳｉｄｅｔｏＲｅａｒＪｅｔＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙＰｉｓｔｏｎＭｏｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｓｙｍｍｅｔｒｙ，２０２１，１３（３）：３９６⁃３９６．［２］㊀ＪＢＬｉｕ，ＨＳｈＨｕａｎｇ，ＷＦＺｈｕ，ＹＬｉｕ，ＬＺｈａｎｇ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＭｕｚｚｌｅＢｒａｋｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＳｍａｌｌＣａｌ⁃ｉｂｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｃＧｕｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓ：ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＳｅｒｉｅｓ，２０２０，１５０７（３）：１⁃９．［３］㊀高树滋，陈运生，张月林，等．火炮反后坐装置设计［Ｍ］．北京：中国兵器工业出版社，１９９６．［４］㊀廖振强．自动武器气体动力学［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２０１４．［５］㊀李鸿志，姜孝海，王杨，等．中间弹道学［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，２０１４．［６］㊀马丽璇，李恩义．膛口二次燃烧流场数值模拟［Ｊ］．科学技术创新，２０２０，１（３６）：３１⁃３４．［７］㊀郭则庆，乔海涛，姜孝海．内埋式航炮膛口流场特性数值模拟研究［Ｊ］．兵工学报，２０１７，３８（１２）：２３７３⁃２３７８．［８］㊀徐达，罗业，张杰，等．侧孔参数对炮口制退器流场结构及超压的影响研究［Ｊ］．火炮发射与控制学报，２０２０，４１（４）：３２⁃３７，６９．［９］㊀Ｐｅｎｇ⁃ｆｅｉＬｉ，Ｘｉａｏ⁃ｂｉｎｇＺｈａｎｇ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＡｄ⁃ｖｅｒｓｅＥｆｆｅｃｔｏｆＭｕｚｚｌｅＦｌｏｗＦｏｒｍｅｄｂｙＭｕｚｚｌｅＢｒａｋｅＣｏｎ⁃ｓｉｄｅｒｉｎｇＳｅｃｏｎｄａｒｙＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎ［Ｊ］．ＤｅｆｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，１７（４）：１１７８⁃１１８９．［１０］ＸｉｎＹｉ，Ｚｈａｏ，ＫｅＤｏｎｇ，Ｚｈｏｕ，ＬｅｉＨｅ，ＹｅＬｕ，ＪｉａＷａｎｇ，ＱｉｕＺｈｅｎｇ，ＧｉｕｓｅｐｐｅＲｕｔａ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＥｘ⁃ｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎＩｍｐｕｌｓｅＮｏｉｓｅｉｎａＳｍａｌｌＣａｌｉｂｅｒＲｉｆｌｅｗｉｔｈＭｕｚｚｌｅＢｒａｋｅ［Ｊ］．ＳｈｏｃｋａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎ，２０１９，１０（１１）：１⁃１２．［１１］ＥｋａｎｓｈＣｈａｔｕｒｖｅｄｉ，ＲａｖｉＫ．Ｄｗｉｖｅｄｉ．ＲｅｖｉｅｗｏｆＶａｒｉｏｕｓＤｅｓｉｇｎｓａｎｄＭａｔｅｒｉａｌＲｅｓｅａｒｃｈＳｔｕｄｉｅｓｏｆＭｕｚｚｌｅＢｒａｋｅｓｗｉｔｈａＰｒｏｐｏｓａｌｏｆａｎＩｍｐｒｏｖｅｄＤｅｓｉｇｎ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＴｏ⁃ｄａｙ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，２０１８，５（９）：１１６８１⁃１１６８８．［１２］李鸿志，姜孝海，王杨．中间弹道学［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，２０１４．［１３］黄欢．炮口制退器的炮口流场数值模拟与分析研究［Ｄ］．南京：南京理工大学，２０１３．［１４］王美懿，王浩．超大口径平衡炮膛口流场数值仿真与流动特性分析［Ｊ］．火炮发射与控制学报，２０１７，３８（２）：１５⁃１９．［１５］李凯，潘玉田，张金龙，等．一种新型火炮炮口制退器流场的数值仿真［Ｊ］．计算机仿真，２０１３，３０（９）：１⁃５．（责任编辑：张培培）. All Rights Reserved.。
我国１２２毫米榴弹炮的发展历程始于上世纪５０年代，从仿制到第一门自主研制的１２２毫米榴弹炮装备部队，坎坎坷坷经历了近三十载。
在这诸多设计方案和各种试验样炮组成的漫长研制过程中，一款液压１２２毫米榴弹炮（液压技术榴弹炮）就犹如一个节点：它虽昙花一现、转瞬即逝，但却别具特色，耐人寻味。
在曲折中诞生我军步兵师炮团最早配属的１２２毫米榴弹炮除从苏联购进的Ｍ１９３８（Ｍ－３０）式１２２毫米榴弹炮外，还包括按照其技术数据仿制成功的 ５４式１２２毫米榴弹炮。
这种火炮代表二战后期火炮研发技术水平，其战技性能大家应当耳熟能详。
５４式榴弹炮于１９５４年由黑龙江某厂仿制成功，并大量装备我军炮兵部队，在我军师级火炮里属火力骨干。
进入５０年代末，由于５４式榴弹炮战技性能已不能满足炮兵作战需要，也比较笨重，炮兵部队强烈要求研制新的１２２毫米榴弹炮。
根据部队要求，该厂于１９５８年提出研制任务，打算在原有１２２毫米火炮的基础上进行改进研制。
经过几年的研究试验，研制成功１９６３式１２２毫米榴弹炮，但该炮存在火炮发射后喷射尾焰、整炮重量大、发射时缓冲不可靠等问题，因此没有正式定型。
在黑龙江某厂未研制出性能良好火炮的情况下，此任务转由山西机床厂重新研制，大幅度降低火炮重量并提高射程的要求。
该厂在６３式火炮的基础上改进设计、调整结构。
由于火炮总体论证不足、技术储备不够等因素，火炮重量虽然减轻下来了，但出现了火炮发射时跳动，大架稳定性差和反后坐装置易失效等问题。
加之“文革”运动干扰，此次研制任务再次下马。
当国内研制新型火炮屡屡受挫的时候，世界上一些军事强国早已研制成功并装备部队同类型、性能优异的新一代师级火炮。
６０年代初，苏联用新型的Ｄ－３０式１２２毫米榴弹炮替代了Ｍ１９３８式榴弹炮，装备摩步师、坦克师或空降师。
美国则正式装备了Ｍ１０２式１０５毫米榴弹炮，以取代Ｍ１０１式１０５毫米榴弹炮，用于步兵师、空降师和空中突击师的直接火力支持。
这两型火炮的最大射程均达到了１５公里，具有理想的３６０°环射能力。
1 绪论榴弹炮作为最早登场的陆军武器之一，历经了几百年沧桑。
随着科学技术的不断发展，不断采用新原理、新能源、新技术和新材料加以改进，已经形成了独特的优势。
现代化的牵引式榴弹炮已经不是技术落后兵器。
大多数现代牵引式火炮可在几分钟内进入和撤出战斗，采用了计算机化火控系统后可以保证首发命中，减少了毁伤目标所需的时间和弹药。
榴弹炮是战斗性能优良的野战炮，用于杀伤敌人有生力量，破坏敌方的工事、地堡、指挥所等军事设施，实行多种战斗任务，战斗用途广泛。
他们凭借着重量轻、容易进行长途运输、成本低、适用于山地战等优势，在当今陆军武器中，仍然具有不可替代的作用。
榴弹炮安吉东方市可分为牵引式和自行式两种。
1.1概述榴弹炮是发射榴弹的火炮，是一种身管较短，弹道比较弯曲，适合于打击隐蔽目标和面目标的中程火炮。
最早的榴弹炮是起源于15世纪意大利、德国的一种炮管较短、射角较大、弹道弯曲、发射石散弹的滑膛炮。
在16世纪中期，榴弹炮开始采用木制信管的球形爆破弹，可用来杀伤陆战场的敌方步兵，也可用于攻城。
16世纪下半叶出现了爆炸弹。
17世纪，在欧洲正式出现了榴弹炮的名称，它是指发射爆炸弹、射角较大的火炮，最先装备榴弹炮的事由荷兰裔士兵组成的英国部队。
到了19世纪下半期，出现了后装线膛榴弹炮，能发射长圆柱弹丸，威力更为强大。
榴弹炮广泛用于野战，成为一张野战炮。
一战时榴弹炮炮身长为15--22倍口径，最大射程达14.2公里。
二战时榴弹炮炮身长为20--30倍口径，最大射程达18公里，初速为635米/秒，最大射角65度。
目前，榴弹炮炮身长为45倍口径，英国的As90式155毫米自行炮正在研制52倍口径，最大射程为24公里，采用火箭增程弹可达30公里，初速为827米/秒，最大射角75度。
这种长身管的榴弹炮同时又被称为加榴炮。
1.2 炮身的作用及组成炮身作为火炮的主要组成部件，它的主要作用是承受火药气体压力和导引弹丸运动，赋予弹丸一定的飞行方向，一定的初速和旋转速度，以保证弹丸在空气中飞行的稳定性，从而准确的把一定质量的弹丸抛射到一定距离的目标上。
1 绪论1.1 火炮未来发展方向20世纪70年代以来，随着微电子技术、新材料、新能源在军事上的广泛应用，火炮的自行化、自动化、系统化程度越来越高，侦查、指挥手段不断更新，弹药更加多样化。
现代火炮系统的战术技术性能有了很大的发展。
比如，伴随微电子技术和计算机技术的发展，炮兵侦查仪器设备逐步形成了以光电技术为主的光学、激光、雷达、声测、电视、红外等先进侦查仪器构成的远中近结合，地面与空中结合，全方位、全天时，品种齐全、手样多段的侦查体系。
如今，正在研究和发展中的有液体发射药炮、电热炮、电磁炮、激光炮、射束炮等。
与现代火炮相比，未来火炮的结构及性能可能有较大的变化，具体来说可能体现在以下几方面：(1)发射技术取得新的进展。
首先是发射能源的多样性，即不仅采用固体化学能源，而且可能采用液体化学能源、电磁能源、电热化学能源及某些组合能源。
(2)减载技术将取得新得进展，磁流变、电流等技术可能应用于火炮反后坐装置，克服传统炮口制退器效率的限制。
(3)新材料的应用将有助于解决长期困扰火炮技术发展的固有问题，如身管内膛的烧蚀磨损、威力与机动性的矛盾等。
(4)原理性、结构性的创新，使现代火炮的结构发生重大变化。
(5)数字化火炮、智能弹药以及传感器引爆弹药等技术的发展使火炮系统综合作战效能得到大幅提高。
(6)火炮的作战对象、作战环境可能得到拓展，水中火炮、天基火炮等新型火炮可能相继出现，未来火炮具有摧毁敌方鱼雷、潜艇、卫星等功能。
总之，随着兵器科学技术的发展以及现代科技在兵器科学中的应用，火炮技术成为技术的综合体，它涉及能源、机械、材料、控制、光学、电子、通信和计算机等诸多学科，随着多种新概念武器的出现，表征火炮的各种属性正在发生根本性的变化。
1.2 炮身结构炮身是火炮的一个主要部件，包括身管、炮尾、炮口制退器、等零件。
它的主要作用是承受火药气体压力和引导弹丸的运动。
炮身设计主要包括强度计算和结构设计。
结构设计又包括膛内结构设计和外部结构设计。
某火炮制退机内部流场数值仿真陈朝君;郑建国;丁传俊【摘要】火炮后坐运动过程中,制退机内部的流动状态很复杂,一维定常计算模型无法准确地反映其内部流动特性.通过建立基于实际结构的二维简化模型,采用动网格和导入profile文件的方法,使用计算流体软件fluent求解二维瞬时Navier-Stokes方程.结果表明该方法可以有效地显示制退机内部流场的压力、速度和湍动能的瞬时分布,从而为进一步研究制退机的结构设计和故障分析提供参考.%In the process of recoil movement,the intemal flow state of recoil mechanism is very complex,one-dimensional model cannot reflect its interior flow characteristics accurately.Based on the actual structure of the recoil mechanism,the simplified two-dimensional model is built bined with the dynamic meshes method and inporting profile file,the computational fluid dynamics software FLUENT,the instantaneous Navier-Stokes equation is used to simulate the recoil motion and the hydrodynamics characteristics of recoil mechanism are derived.The results show that the method can be used to effectively calculate hydrodynamics characteristics of flow fields and provide a new kind of reference for design and fault analysis of the recoil mechanism.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2013(042)003【总页数】3页(P118-120)【关键词】计算流体力学;制退机;动网格;流场【作者】陈朝君;郑建国;丁传俊【作者单位】南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TP391.90 引言制退机是火炮上控制受力和运动的重要部件，通过挤压制退液使其流过流液孔以达到耗能的效果，从而保证火炮射击稳定性。
