文 献 综 述
引言
火炮发射时产生大量高温高压火药气体，会对炮架产生强冲击载荷，影响武器的射击精度和机动性能。为了减少炮架受到的冲击力，炮口制退器应运而生。
炮口装置中最常用的炮口制退器是通过控制后效作用期火药气体流量分配和气流速度，产生向前的冲量，为炮身提供一个制退力，使作用到后坐部分的冲量减少。炮口制退器可有效降低火炮后坐动能和炮架的射击载荷，是减少火炮发射时对炮架作用力的途径之一[1]。但是炮口制退器的引入同时带来一些负面影响,其中最为显著的就是火炮周围冲击波的影响。由于炮口制退器使一部分火药气体从制退器侧孔向后排出,致使制退器后方超压值增加,从而可能造成炮身的结构失效。火炮发射时的冲击波和噪声也会对炮手的健康构成威胁[2]。再有就是，炮口制退器的引入加大了炮身质量，特别是增加了起落部分的重力矩，增加了平衡机的负担和随动系统设计的难度，也会增加身管弯曲，引起火炮射击时的振动等，从而影响射击精度和密集度，所以炮口制退器还必须满足轻量化要求。选用轻质材料是实现火炮部件结构减重的重要手段，国内外已经在某些火炮上广泛使用。
1.炮口制退器类型及作用
目前广泛应用的炮口制退器种类较多。按结构形式可分为三种类型，分别是冲击式炮口制退器、反作用式炮口制退器及冲击反作用式炮口制退器；按照火药气体在制退器内的膨胀度可分为开腔式炮口制退器和半开腔式炮口制退器；按照制造方法可分为组装型炮口制退器、挤压型炮口制退器、铸造型炮口制退器和实心锻造型炮口制退器[1]。下面主要按结构形式分别加以阐述。
冲击式炮口制退器也称开腔式炮口制退器，其腔室直径较大(一般不小于 2 倍火炮口径)，两侧孔面积较大，前方的反射挡板有一定角度。弹丸出炮口后，高压火药气体流入空间较大的制退器腔室中，先沿轴向加速膨胀，之后除小部分中心附近气体经由中央弹孔流出外，大部分火药气体冲击反射挡板，改变流动方向，然后从侧孔流出，产生制退力。
反作用式炮口制退器腔室直径较小(一般不超过 1.3 倍火炮口径)，没有或只有很小的前反射挡板，侧孔多排布置。由于腔室较小，火药气体进入制退器腔室后没有较大膨胀，压力仍保持在较高水平，一部分气体继续沿中央弹孔向前流出，其余部分气体经侧向扩张喷孔后二次膨胀排出。
冲击反作用式炮口制退器兼具冲击式和反作用式 2 种炮口制退器的结构特点，它的腔室直径较大(大于 1.3 倍火炮口径)，侧孔呈分散的圆形或长条形分布。火药气体进入腔室经第一次膨胀加速后，因其腔室面积的制约，气流无法直接膨胀到实现压力大幅下降，所以气体会在侧孔处二次膨胀加速，此外两侧孔还起到分配流量的作用。[3]
2.国内外研究现状
关于炮口制退器的研究国外发展的较早。早在1842年法国人就制造出了世界上第一个炮口制退器，但是结构非常简单，只是在身管靠近炮口处的位置上加工出一组向后倾斜的侧孔。随着时代的发展与科技的进步，各国学者开展的对炮口制退器的研究涉及到了较多方面。其中人们研究较多的主要有炮口流场的数值分析、炮口制退器的效率计算以及基于效率计算进行的结构优化与材料优化。
2.1 炮口流场数值分析研究现状
早期，国内外学者主要是利用计算流体力学对炮口流场以及制退器效率进行
理论计算，但随着计算机以及数值仿真软件的成熟，国内外开始利用流体仿真软件对带制退器的膛口流场进行数值模拟仿真。Robert Edward Dillon在他的博士论文中使用Godunov差分法对含开孔制退器的二维炮口流场进行了数值模拟，并通过实验验证了方法的准确性[4]。黄欢在他的硕士学位论文中以迫击炮研究为基础，分别建立含常用的冲击-反作用式炮口制退器与带吹孔的冲击-反作用式炮口制退器的某实验炮三维炮口流场模型[5]。分析两种炮口流场的形成、发展与消亡的过程，对炮口制退器内部流场作对比，获得不同监测点超压值与炮口制退器效率。对比研究两个模型，最终得出带吹孔的冲击-反作用式炮口制退器在该使用环境中性能较优越。李鸿志院士非常系统的对炮口制退器进行了研究，自1997年起，他就分别研究了含与不含炮口制退器的炮口流场与炮口冲击波的形成及分布机理，对减小冲击波的途径进行了探讨[6~7]。马大为教授采用差分格式较系统地计算和分析了无粘膛口流场。模拟了包括初始流场、弹丸运动、消焰器和火药气体流场在内的炮口气流流动现象。最终流场计算得到初始冲击波、炮口冲击波、弹底激波和瓶状激波系等流体结构[8]。对冠状冲击波的形成进行了研究。冀豪等人采用身管式炮口制退器结构设计方案，通过改进的奥尔洛夫方法进行效率计算，基于由动球心冲击波球模型和各向异性点爆炸模型复合而成的炮口制退器流场分析数学模型，对炮口流场超压值进行分析计算，验证身管式炮口制退器的可行性[9]。江坤采用CFD (Computational Fluid Dynamics)技术分多种情况对装有炮口制退器的火炮膛口流场进行数值模拟,得到火炮发射时周围各处的超压值分布,为评价制退器性能提供参考,为分析冲击波对人员及设备的安全提供了有效依据[2]。
