工作原理
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%。如圖6所示。
(2)空心彈丸減阻
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,理論形狀如圖7所示。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。
外部減阻
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。如圖8所示。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。目前,底排技術已經比較成熟,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%。
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。如圖9所示。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,如圖10所示。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。
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。
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。
