液體發射藥火炮

液體發射藥火炮( LPG)是使用液體發射藥(LP)作為發射能源的火炮。平時可以將發射藥與彈丸分開保存，發射時同時裝填。研製中的液體發射藥火炮有外噴式、整裝式和再生式三種形式。再生式液體發射藥火炮是發展最快、最接近實用的液體發射藥火炮。

整裝式液體發射藥火炮( Bulk-Loaded Liquid Propellant Gun，BLPG)，與固體發射藥火炮有相當多的繼承性，是採用單元液體發射藥一次裝填的方式，經點燃底火引燃液體發射藥，產生燃氣壓力推動彈丸運動，其結構比較簡單，在20世紀五六十年代進行了大量的研究。由於液體發射藥的燃燒及彈丸運動在發射藥內部形成空穴，氣液界面處由於氣液速度差導致液麪被侵蝕和卷吸而形成液滴，流體相對於藥室壁運動形成湍流及流體破碎。具體的不穩定性在每個內彈道過程中都有所不同。如果缺乏對內彈道的控制，燃燒過程中，早期任何一個擾動的引入，都將會被放大。而且，由於液體發射藥的可壓縮性較小、化學反應速率對壓力波的高度敏感性等因素，這種情況將被加劇，從而導致災難性的結果。由於整裝式液體發射藥火炮中液體發射藥流動和燃燒過程伴隨着流體力學及燃燒不穩定性，使得液體發射藥火炮的發射過程難以控制，以至於內彈道過程不穩定，重現性非常差，彈道底易變性仍然難以解決。在20世紀90年代，國內學者對整裝式條件下液體發射藥火炮裝填，採用多孔介質及其附着劑，改善並控制填充於其中的液體發射藥燃燒性能，控制燃燒速度，強化化學反應過程，實現了液體發射藥比較好的穩定燃燒。近年來，國內學者設計了小口徑整裝式液體發射藥燃燒推進模擬裝置，採用多級漸擴型燃燒，研究了整裝式液體發射藥燃燒穩定性控制問題。 ^[1] 

整裝式液體發射藥火炮的內彈道過程是，在膛底點燃裝填在藥室中的液體燃料，局部被點燃後生成的燃氣形成了氣穴，燃燒即在氣穴內的氣液界面上進行。氣穴內燃氣在氣液交界面上存在相對運動，導致Kelvin—Helmholtz不穩定性，這種擾動造成界面上氣液兩相混合而使液體發生破碎。液體燃料的破碎提供了更多的燃燒表面，使燃燒加快進行，氣穴最終將穿透液柱而追上彈丸。很顯然，整裝式液體發射藥火炮的內彈道過程是一種利用流體不穩定性造成氣液混合使之充分燃燒的過程。整裝式的裝藥結構簡單，類似於固體發射藥的裝填方式。但遇到最大的困難是內彈道過程難以控制，以至內彈道性能不穩定而發生膛炸現象。

再生式液體發射藥火炮通過機械方式將液體燃料按一定規律注入燃燒室。燃料最初裝在一個貯液室中，貯液室與燃燒室之間由一個活塞隔開。在內彈道過程中，由點火的作用推動活塞壓縮貯液室中的燃料，通過活塞上的噴射孔將燃料噴射到燃燒室，並使之霧化和充分燃燒，生成的燃氣推動彈丸運動。因此可通過控制液體燃料的噴射規律得到P-t曲線的平台效果，增大炮膛T作容積利用係數，從而在給定最大壓力條件下能獲得更高的初速。從其內彈道過程來看，再生式與整裝式存在着本質區別，整裝式主要是流體力學問題，而再生式主要是噴射規律問題。 ^[1] 

液體發射藥與傳統的固體發射藥相比，具有以下幾個優點：

(1)裝填密度大、能量高、爆温低、燒蝕小，有利於提高初速

(2)內彈道曲線平滑，有利於降低最大膛壓，提高彈丸初速

(3)液體自動加註，有利於提高射速

(4)精確控制發射藥注入量，有利於提高火力機動性可以精確控制液體發射藥的注入量，可以無級調節火炮初速和射程，打擊不同範圍目標，提高火炮火力機動性。

(5)發射後效小，有利於提高戰場生存能力

(6)貯存和運輸方便，有利於後勤保障 ^[2] 

由於炮用液體發射藥的特殊使用環境，因此，對它有許多特定的性能要求。這些要求主要包括：

①具有較高的能量，這體現對單位質量總能量的要求；

②發射藥的密度要高，以利於提高裝填密度；

③較快的反應速度，無穩定的中間產物，以便充分利用發射藥的能量；

④衝擊感度要低，沸點和分解温度要高，一般規定沸點要高於75℃；

⑤蒸氣壓力要低，以便降低因氣穴或氣泡引起的壓縮點火感度；

⑥要求有較高的導熱率，以免局部過熱造成意外；

⑦要求適當的導電能力，既要防止由靜電積累可能產生的危險，又要保證有效的電點火；

⑧由於再生式液體發射藥火炮要用泵輸送發射藥進行裝填，而且火炮的工作温度範圍又規定得較寬，這就需要發射藥在-55℃+55℃的温度範圍內保持液態，而且為了便於用泵輸送，減少氣穴和氣泡，發射藥的黏度就要低一些為好；

⑨在相容性和安定性方面，要求內、外相容性好，貯存壽命長；

⑩腐蝕性小，毒性低，廢藥及過期藥易於處理或用於民用； ^[2] 

使用的液體發射藥按構成方式可分為單元液體發射藥和雙元液體發射藥兩大類。

(1)單元液體發射藥

單元液體發射藥為均相化學物質，將氧化劑和燃料容於一身。單元發射藥的主要優點是：爆温低(2300-2700 K)，火炮燒蝕小；點火方便、容易；點火方式多樣，可用煙火劑、電火花、激光等多種方式點火。單元發射藥的主要缺點有：對震動和其他強的點火源太敏感；受到攻擊時易自燃，貯存不安全。

(2)雙元液體發射藥

雙元液體發射藥為氧化劑和燃燒劑兩種成分的混合物，其中燃料和氧化劑是分別由兩種物質充任且分置在不同的容器中的，使用時，兩種組分液體通過各自的管道加註到藥室。 ^[2]