[科普中国]-液体发射药火炮

液体发射药火炮又称“水炮”，是一种以液体发射药代替固体发射药的新型火炮。液体有固定体积而没有固定形状，具有易流动的特性，便于控制。如果采用液态发射药，那么就有可能对发射过程中的发射药燃烧过程实施控制，达到提高火炮发射性能的目的。

许多国家都在研究液体发射药炮。据相关专家预测，液体发射药火炮的诞生是火炮技术的革命性发展，将会在未来战争中取代固体发射药火炮。

液体发射药火炮工作原理液体发射药火炮( LPG)是使用液体发射药(LP)作为发射能源的火炮。平时可以将发射药与弹丸分开保存，发射时同时装填。研制中的液体发射药火炮有外喷式、整装式和再生式三种形式。再生式液体发射药火炮是发展最快、最接近实用的液体发射药火炮。

整装式液体发射药火炮( Bulk-Loaded Liquid Propellant Gun，BLPG)，与固体发射药火炮有相当多的继承性，是采用单元液体发射药一次装填的方式，经点燃底火引燃液体发射药，产生燃气压力推动弹丸运动，其结构比较简单，在20世纪五六十年代进行了大量的研究。由于液体发射药的燃烧及弹丸运动在发射药内部形成空穴，气液界面处由于气液速度差导致液面被侵蚀和卷吸而形成液滴，流体相对于药室壁运动形成湍流及流体破碎。具体的不稳定性在每个内弹道过程中都有所不同。如果缺乏对内弹道的控制，燃烧过程中，早期任何一个扰动的引入，都将会被放大。而且，由于液体发射药的可压缩性较小、化学反应速率对压力波的高度敏感性等因素，这种情况将被加剧，从而导致灾难性的结果。由于整装式液体发射药火炮中液体发射药流动和燃烧过程伴随着流体力学及燃烧不稳定性，使得液体发射药火炮的发射过程难以控制，以至于内弹道过程不稳定，重现性非常差，弹道底易变性仍然难以解决。在20世纪90年代，国内学者对整装式条件下液体发射药火炮装填，采用多孔介质及其附着剂，改善并控制填充于其中的液体发射药燃烧性能，控制燃烧速度，强化化学反应过程，实现了液体发射药比较好的稳定燃烧。近年来，国内学者设计了小口径整装式液体发射药燃烧推进模拟装置，采用多级渐扩型燃烧，研究了整装式液体发射药燃烧稳定性控制问题。1

液体发射药火炮内弹道理论整装式液体发射药火炮的内弹道过程是，在膛底点燃装填在药室中的液体燃料，局部被点燃后生成的燃气形成了气穴，燃烧即在气穴内的气液界面上进行。气穴内燃气在气液交界面上存在相对运动，导致Kelvin—Helmholtz不稳定性，这种扰动造成界面上气液两相混合而使液体发生破碎。液体燃料的破碎提供了更多的燃烧表面，使燃烧加快进行，气穴最终将穿透液柱而追上弹丸。很显然，整装式液体发射药火炮的内弹道过程是一种利用流体不稳定性造成气液混合使之充分燃烧的过程。整装式的装药结构简单，类似于固体发射药的装填方式。但遇到最大的困难是内弹道过程难以控制，以至内弹道性能不稳定而发生膛炸现象。

再生式液体发射药火炮通过机械方式将液体燃料按一定规律注入燃烧室。燃料最初装在一个贮液室中，贮液室与燃烧室之间由一个活塞隔开。在内弹道过程中，由点火的作用推动活塞压缩贮液室中的燃料，通过活塞上的喷射孔将燃料喷射到燃烧室，并使之雾化和充分燃烧，生成的燃气推动弹丸运动。因此可通过控制液体燃料的喷射规律得到P-t曲线的平台效果，增大炮膛T作容积利用系数，从而在给定最大压力条件下能获得更高的初速。从其内弹道过程来看，再生式与整装式存在着本质区别，整装式主要是流体力学问题，而再生式主要是喷射规律问题。1

液体发射药的优点液体发射药与传统的固体发射药相比，具有以下几个优点：

(1)装填密度大、能量高、爆温低、烧蚀小，有利于提高初速

(2)内弹道曲线平滑，有利于降低最大膛压，提高弹丸初速

(3)液体自动加注，有利于提高射速

(4)精确控制发射药注入量，有利于提高火力机动性可以精确控制液体发射药的注入量，可以无级调节火炮初速和射程，打击不同范围目标，提高火炮火力机动性。

(5)发射后效小，有利于提高战场生存能力

(6)贮存和运输方便，有利于后勤保障2

炮用液体发射药的要求由于炮用液体发射药的特殊使用环境，因此，对它有许多特定的性能要求。这些要求主要包括：

①具有较高的能量，这体现对单位质量总能量的要求；

②发射药的密度要高，以利于提高装填密度；

③较快的反应速度，无稳定的中间产物，以便充分利用发射药的能量；

④冲击感度要低，沸点和分解温度要高，一般规定沸点要高于75℃；

⑤蒸气压力要低，以便降低因气穴或气泡引起的压缩点火感度；

⑥要求有较高的导热率，以免局部过热造成意外；

⑦要求适当的导电能力，既要防止由静电积累可能产生的危险，又要保证有效的电点火；

⑧由于再生式液体发射药火炮要用泵输送发射药进行装填，而且火炮的工作温度范围又规定得较宽，这就需要发射药在-55℃+55℃的温度范围内保持液态，而且为了便于用泵输送，减少气穴和气泡，发射药的黏度就要低一些为好；

⑨在相容性和安定性方面，要求内、外相容性好，贮存寿命长；

⑩腐蚀性小，毒性低，废药及过期药易于处理或用于民用；2

液体发射药的种类使用的液体发射药按构成方式可分为单元液体发射药和双元液体发射药两大类。

(1)单元液体发射药

单元液体发射药为均相化学物质，将氧化剂和燃料容于一身。单元发射药的主要优点是：爆温低(2300-2700 K)，火炮烧蚀小；点火方便、容易；点火方式多样，可用烟火剂、电火花、激光等多种方式点火。单元发射药的主要缺点有：对震动和其他强的点火源太敏感；受到攻击时易自燃，贮存不安全。

(2)双元液体发射药

双元液体发射药为氧化剂和燃烧剂两种成分的混合物，其中燃料和氧化剂是分别由两种物质充任且分置在不同的容器中的，使用时，两种组分液体通过各自的管道加注到药室。2

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学