本发明涉及不敏感约束装药设计与预测领域，尤其涉及一种发射物在发射道内能量转化与对外做功的预测方法。
背景技术：
1、发射物初速是衡量发射系统性能的重要参数之一，直接影响发射物的射程、精度和穿透力。目前改变发射物初速主要依靠人工调整装药数量来实现，为了维持发射后高压，通常采用增大装药量的方法来提高发射物初速，但这会产生高膛压，从而导致对装药装置结构产生破坏，甚至可能会发生事故威胁操作人员的安全。随着近年来约束装药发射技术的迅速发展，通过研究装药燃烧过程以实现对发射物初速的优化控制尤为重要。
2、在约束装药发射时，发射道效应对提高发射物初速、射程、威力和精度等方面均具有重要的影响，然而，目前关于发射道中发射物运动行为和特征的揭示尚不充分，特别是对发射道内能量转化与对外做功的形成机理和影响并不清楚。
3、因此，如何实现对发射物在发射道内能量转化与做功进行建模，并在建模的基础上实现发射物在发射道内能量转化以及发射物初速的预测，从而为发射物初速的优化控制提供参考依据，是目前亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种发射物在发射道内能量转化与对外做功的预测方法，用以解决目前缺乏一种对发射道内的能量转化与对外做功模型的建模方法以及缺乏发射道内能量转化和发射物初速的预测方法的问题。
2、本发明提供了一种发射物在发射道内能量转化与对外做功的预测方法，所述方法包括以下步骤：
3、基于能量守恒定律、热力学定律、流体力学和内弹道学建立发射道内能量转化与做功的模型；
4、通过发射装置的压力传感器获取装药点火后发射道内部的实时压力，根据实时压力和所述发射道内能量转化与做功的模型，获取发射物在发射道内能量转化以及发射物初速的预测结果；其中，所述发射物在发射道内能量转化的预测结果包括装药气体产物的内能、发射物的动能、装药气体产物的动能；所述发射物初速即发射物离开发射道出口时的速度。
5、进一步地，所述发射装置包括：约束体、激光点火装置、压力测试装置、装药、发射物；
6、所述约束体包括内约束体、外约束体；所述内约束体中心设置圆柱形第一空腔，所述第一空腔底部设置有堵头，所述第一空腔顶部由膜片覆盖，使得第一空腔形成密闭腔室，所述装药位于密闭腔室中；所述外约束体上部设置有凹槽，下部设置有圆柱形的第二空腔；所述内约束体下部嵌入外约束体的凹槽中，并使得第一空腔与第二空腔沿中心线对齐；
7、所述发射物位于第二空腔底部，所述发射物尾部与第二空腔底部齐平且与第二空腔紧密贴合，第二空腔作为发射道；所述内、外约束体利用法兰结构固定；
8、所述激光点火装置位于内约束体上方，用于发射激光至装药，通过激光将装药点燃；
9、所述压力测试装置位于内约束体侧壁，用于测量内约束体内部密闭腔室中的压力。
10、进一步地，将所述发射道内部的实时压力带入所述发射道内能量转化与做功的模型得到发射物运动速度的预测结果；当时，得到发射物初速的预测结果。
11、进一步地，基于热力学定律和理想气体状态方程建立约束装药系统中装药气体产物内能的函数；基于流体力学和拉格朗日法建立装药气体产物动能的函数，基于发射物动能以及气体产物动能的函数建立约束装药系统对外做功的函数；基于vielle定律得到气体产物质量增加速率的函数；基于能量守恒定律和内弹道学建立发射道内能量与做功函数，将所述装药气体产物内能的函数、约束装药系统对外做功的函数和气体产物质量增加速率的函数带入所述发射道内能量与做功函数得到发射道内能量转化与做功的模型。
12、进一步地，将发射物在发射道内能量转化与做功的过程分为第一过程及第二过程，所述第一过程的起始时刻为点火装置的点火时刻，结束时刻为装药反应完毕的时刻；所述第二过程的起始时刻为装药反应完毕的时刻，结束时刻为发射物到达发射道出口的时刻；
13、第一过程及第二过程对应的发射道内能量转化与做功的模型为：
14、，
15、其中，为单位质量装药释放的能量，为燃速系数，为固体装药的密度，为固体装药柱的横截面积，为点火装置的点火时刻，为燃速压强指数，为发射道内部压力，为装药吸收外界输入的能量，为气体产物的质量，为装药与发射物之间的初始空间体积，为发射物质量，为发射物运动速度，为发射道横截面积，为绝热指数，为约束装药系统与外界交换的热量，为装药反应完毕的时刻，为发射物到达发射道出口的时刻。
16、进一步地，基于所述发射道内能量转化与做功的模型得到装药气体产物内能、发射物动能、装药气体产物动能的表达式，即公式(1)-(3)，将获取的装药点火后发射道内部的实时压力以及发射物运动速度的预测结果带入公式(1)-(3)分别得到装药气体产物的内能、发射物的动能、装药气体产物的动能；
17、装药气体产物的内能表示为：
18、， (1)
19、其中，为装药气体产物的内能，为发射道内部压力，为装药与发射物之间的初始空间体积，为发射道横截面积，为点火装置的点火时刻，为发射物运动速度，为绝热指数；
20、发射物的动能表示为：
21、， (2)
22、其中，为发射物动能，为发射物质量；
23、装药气体产物的动能表示为：
24、， (3)
25、其中，为装药气体产物动能，为气体产物的质量。
26、进一步地，所述激光点火装置包括控制台、激光探头、反光镜和蓝宝石窗口；所述控制台与激光探头相连，用于设置发射激光的功率；所述激光探头用于发射激光至反光镜；所述反光镜位于蓝宝石窗口上方，用于将入射的激光反射至蓝宝石窗口；所述蓝宝石窗口位于内约束体中的堵头上端，堵头中心设置有通孔，所述反光镜反射出的激光依次通过所述通孔、蓝宝石窗口后入射至装药，通过激光将装药点燃。
27、进一步地，所述压力测试装置包括压力传感器、电荷放大器、示波器、压力传感器安装件；所述压力传感器安装在压力传感器安装件上，并与电荷放大器一端串连，用于测量约束体内部密闭腔室中的压力；所述电荷放大器另一端与示波器串联，用于设置放大倍数对压力传感器获取的压力信号进行放大；所述示波器用于对电荷放大器放大的压力信号进行采样及记录；所述压力传感器安装件开孔安装在内约束体侧壁上，使内约束体内部密闭腔室中的气体与压力传感器接触。
28、进一步地，所述气体产物质量增加速率的函数为：
29、，
30、其中，为气体产物质量增加的速率，为固体装药的密度，为固体装药柱的横截面积，为装药的燃速即燃烧速率；
31、表示为：
32、，
33、其中，为燃速系数，为燃速压强指数，为发射道内部压力。
34、进一步地，所述发射道内能量与做功函数为：
35、，
36、其中，为装药燃烧产生的化学能与装药吸收外界输入的能量之和，为装药气体产物的内能，为约束装药系统与外界交换的热量，为约束装药系统对外做功；
37、表示为：
38、，
39、其中，为单位质量装药释放的能量，为点火装置的点火时刻，为气体产物质量增加的速率，为装药吸收外界输入的能量。
40、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
41、1、 本发明将装药气体产物内能的函数、约束装药系统对外做功的函数和气体产物质量增加速率的函数带入发射道内能量与做功函数得到发射道内能量转化与做功的模型，解决了目前对发射道内能量转化与对外做功的形成机理和影响不清楚的问题。
42、2、 本发明将发射物在发射道内能量转化与做功的过程分为第一过程及第二过程，根据两个过程中气体产物质量的不同，得到第一过程及第二过程对应的发射道内能量转化与做功的模型，并根据实时压力和所述模型获取发射物在发射道内能量转化以及发射物初速的预测结果，提高了发射道内能量转化以及发射物初速的预测结果的精确度。
43、3、 本发明通过建立发射道内能量转化与做功的模型以及装药的反应度模型，为评估发射物在发射道内能量转化的损失情况提供了理论依据。
44、4、 本发明通过内、外约束体之间安装膜片，不仅提高了所述预测系统的密闭性，而且使产生的气体产物稳定后冲破膜片再作用于发射物，提高了作用力的强度及发射物的稳定性。本发明通过发射物尾部的圆台结构，不仅提高了所述预测系统的密闭性，而且使气体产物作用于发射物尾部更加均匀，提高了发射物的稳定性。本发明通过压力传感器安装件适配不同的压力传感器，无需在所述预测系统上根据不同压力传感器的大小开设不同尺寸的孔，提高了通用性；并且，解决了将压力传感器直接开孔安装在所述系统上需要开孔较长，但实际装置无法达到开孔长度要求的问题。
45、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
1.一种发射物在发射道内能量转化与对外做功的预测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的发射物在发射道内能量转化与对外做功的预测方法，其特征在于，所述发射装置包括：约束体、激光点火装置、压力测试装置、装药、发射物；
3.根据权利要求1所述的发射物在发射道内能量转化与对外做功的预测方法，其特征在于，将所述发射道内部的实时压力带入所述发射道内能量转化与做功的模型得到发射物运动速度的预测结果；当时，得到发射物初速的预测结果。
4.根据权利要求3所述的发射物在发射道内能量转化与对外做功的预测方法，其特征在于，基于热力学定律和理想气体状态方程建立约束装药系统中装药气体产物内能的函数；基于流体力学和拉格朗日法建立装药气体产物动能的函数，基于发射物动能以及气体产物动能的函数建立约束装药系统对外做功的函数；基于vielle定律得到气体产物质量增加速率的函数；基于能量守恒定律和内弹道学建立发射道内能量与做功函数，将所述装药气体产物内能的函数、约束装药系统对外做功的函数和气体产物质量增加速率的函数带入所述发射道内能量与做功函数得到发射道内能量转化与做功的模型。
5.根据权利要求4所述的发射物在发射道内能量转化与对外做功的预测方法，其特征在于，将发射物在发射道内能量转化与做功的过程分为第一过程及第二过程，所述第一过程的起始时刻为点火装置的点火时刻，结束时刻为装药反应完毕的时刻；所述第二过程的起始时刻为装药反应完毕的时刻，结束时刻为发射物到达发射道出口的时刻；
6.根据权利要求5所述的发射物在发射道内能量转化与对外做功的预测方法，其特征在于，基于所述发射道内能量转化与做功的模型得到装药气体产物内能、发射物动能、装药气体产物动能的表达式，即公式(1)-(3)，将获取的装药点火后发射道内部的实时压力以及发射物运动速度的预测结果带入公式(1)-(3)分别得到装药气体产物的内能、发射物的动能、装药气体产物的动能；
7.根据权利要求2所述的发射物在发射道内能量转化与对外做功的预测方法，其特征在于，所述激光点火装置包括控制台、激光探头、反光镜和蓝宝石窗口；所述控制台与激光探头相连，用于设置发射激光的功率；所述激光探头用于发射激光至反光镜；所述反光镜位于蓝宝石窗口上方，用于将入射的激光反射至蓝宝石窗口；所述蓝宝石窗口位于内约束体中的堵头上端，堵头中心设置有通孔，所述反光镜反射出的激光依次通过所述通孔、蓝宝石窗口后入射至装药，通过激光将装药点燃。
8.根据权利要求2所述的发射物在发射道内能量转化与对外做功的预测方法，其特征在于，所述压力测试装置包括压力传感器、电荷放大器、示波器、压力传感器安装件；所述压力传感器安装在压力传感器安装件上，并与电荷放大器一端串连，用于测量约束体内部密闭腔室中的压力；所述电荷放大器另一端与示波器串联，用于设置放大倍数对压力传感器获取的压力信号进行放大；所述示波器用于对电荷放大器放大的压力信号进行采样及记录；所述压力传感器安装件开孔安装在内约束体侧壁上，使内约束体内部密闭腔室中的气体与压力传感器接触。
9.根据权利要求4或5所述的发射物在发射道内能量转化与对外做功的预测方法，其特征在于，所述气体产物质量增加速率的函数为：
10.根据权利要求4或5所述的发射物在发射道内能量转化与对外做功的预测方法，其特征在于，所述发射道内能量与做功函数为：
