ANSYS非均质材料在过载作用下的数值模拟研究(4)
现在一般火炮的发射速度都不超过2km / s，其原因是发射药装药量与弹丸质量数量级相当，而且火药气体分子量较大，造成发射能量过多消耗在推动火药气体上。基于这个原因，人们开始研究提高弹速的途径。假设炮管无限长，发射气体为理想气体，无能量损耗，则
（6）
其中 、c、 分别表示弹体的速度极值，气体的声速和绝热指数。由此可知，
选择 与1相近或c越大的气体，将提高 。1946年，美国新墨西哥州根据这种思路，成功制造了第一门利用轻质气体一氦气作为工作介质的一级空气炮。[11]
另一方面从弹丸发射原理考虑，弹速来源于发射气体做功产生的驱动力，如果在炮体强度范围内，能寻找到一种在发射过程中持续保持较高平均值驱动力的方法，对获得高弹速将有很大帮助。1955年，美国的Slawsky Z I等按照这种想法研发了第二种工作模式的空气炮一二级空气炮[12]，使弹速有了新的突破，现在最大弹速一般可达到4000m/s~8000m/s [13]。
国内从上世纪70年代出现空气炮至今，已建立了功能齐全的空气炮体系，对空气炮的研究使用不断深入。1982年，西北核技术研究所建成57mm一级空气炮，弹速可达到1400m/s, 90年代又研制出130mm一级空气炮和10mm二级空气炮(弹速可达到7000m/s)。[14]仲伟君[15]等建立了空气炮内弹道模型，为空气炮开发提供了理论依据。陈家安[16]通过理论计算推导空气炮的最大加速度。徐建波[17]等用一级空气炮研究速度为200m/s~600m/s的长杆弹对混凝土侵彻情况。尤志芳[18]等利用空气炮进行冰雹撞击模拟试验，得到提高冰雹发射速度的方法。杨吉祥[19]等用空气炮对箔式镜应力传感器校正，测得传感器相关物理参数。王圣佑[20]应用空气炮和多普勒测速系统对100000g加速度计进行校准。“八五”期间，南京理工大学采用57mm口径火炮作为加速器进行火工品发射和着靶模拟试验，得到加速度最大值为70000g。四七四工厂沿用前苏联空气炮试验方法，测得加速度最大值为50000g。
2.2.5实弹射击试验方法
实弹射击试验是评估过载安全性和可靠性的有效方法，最为贴近实际发射环境，但是试验花费高，在测试动态量时存在一定难度，因此不用于加载过程的量化分析，而一般用于研究弹丸着靶终点时的火工品耐过载能力。实弹射击试验的侵彻问题研究，是评估火工品耐过载能力的重要基础。在国外，从1742年Robins对侵彻问题进行定性讨论开始，大批科研人员相继展开研究，建立了以1945年Bishop,Hill和Mott提出的空腔膨胀理论[21], 20世纪70年代AVCO公司提出的微分面元力方法[22]，等为代表的多种侵彻理论模型，并在这些理论基础上建立了相关计算公式。1978年，R.F.Recht[23]开始着手研究弹丸贯穿靶板的破坏过程。1992年，Forrestal等在半无限土壤里进行弹体垂直侵彻试验，测得的过载加速度峰值在1200g左右。2000年Forrestal等[24]获得13kg重的弹丸侵彻强度为23MPa, 39MPa混凝土的过载曲线。2002年Frew[25]
等重点讨论了靶板尺寸对弹丸加速度和侵彻深度的影响。
国内在弹丸侵彻方面研究虽然起步较晚，但经过努力，做了大量工作，取得了一定的成绩。沈河涛结合空腔膨胀理论，在Largrange坐标系下分析弹丸的侵彻问题。王明洋在空腔膨胀理论的基础上，加入两个系数用来研究钢球对侵彻深度的影响。王成华等根据空腔膨胀理论，针对Forrestal法的使用范围局限性，用半经验法进行了拓展。李赞成等在柱形空腔膨胀模型的基础上，考虑动态力学响应因素，使试验结果更为优化。徐文峥将弹体视为弹性体，考虑应力波和振动的影响，分析了弹体冲击过载特性。纪冲等研究了弹丸侵彻钢纤文混凝土过载特性，并与普通混凝土侵彻试验结果进行了比较。葛涛提出了适合宽比例换算的弹丸贯穿过载力学公式。虞青俊研究了不同条件下弹丸侵彻多层靶板的过载特性。任辉启等用弹载测试记录系统获得了速度为200m/s~ 600m/s内的动能弹侵彻混凝土的过载时间历程曲线。刘小虎第一次试验证明过载曲线高频部分的产生原因。王琳等测得弹体以150m/s~300m/s侵彻钢筋混凝土的应变时间曲线，并对弹体过载特性进行了理论计算。