膛口一维温度场的热力学函数及稳定性分析

针对膛口焰问题提出一个非Ｆｏｕｒｉｅｒ传热模型，并推导出小口径武器膛口轴向温度场的热力学函数解析表达式。最后从非平衡态热力学角度，探讨了膛口轴向温度场的稳定性问题。给出温度场的稳定性判据。这对深入认识膛口现象有一定意义。     

膛口火球的一维简化模型和温度场的稳定性

对膛口火球提出一个简化模型，孤波模型。针对两种小口径武器，发现理论计算和实验结果相符。最后，从非平衡态热力学角度讨论了火球对膛口轴向温度场稳定性的影响。     

材料热物特性对热身管中弹丸运动状况的影响研究

为了进一步了解热枪散布异常机理,在基于身管温度场研究的基础上,建立了考虑材料热物特性的热枪弹丸膛内运动分析有限元模型。以热分析的身管温度场数据作为边界条件,通过显式动力学分析,获得了材料热物特性影响下的弹丸膛内运动状态。对比实验数据,验证了该弹/枪耦合模型的正确性。研究表明:随着身管温度升高,身管热膨胀特性在膛口位置增加了弹丸质心位移及膛内摆角,但减小了弹丸质心侧向速度;身管热弹性在膛口位置增加了弹丸摆角,降低了弹丸质心速度;被甲热塑性增加了膛口弹丸质心侧向位移、膛内综合摆角,降低了弹丸质心侧向速度。研究结果将为进一步研究热散机理,提高射击精度提供一定的帮助。     

膛口燃烧中火球产生和消失现象的探讨

本文从非平衡态热力学角度,提出一个唯象物理、数学模型来处理膛口轴向温度场,并利用孤波产生和消失的机制解释了膛口二次火球现象,认为:产生二次火球的原因是热力学第二定律作用的结果.     

内弹道对自动步枪枪管瞬态温场影响计算分析

为了探究在2种不同的内弹道条件下自动步枪连发射击过程中枪管温度场的差异,建立了普通自动步枪身管三维传热模型,通过试验验证了模型的正确性。进行了瞬态温度场仿真计算,得到了“膛压缓和上升内弹道方案”和“膛压快速上升内弹道方案”2种内弹道条件下30发和150发连续射击后枪管温度场与位移场的空间分布及演化情况。计算结果表明:“膛压缓和上升内弹道方案”与“膛压快速上升内弹道方案”相比,瞬态温度和位移上升速率更大。第一个方案除枪管尾部区域略低外,其他大部分区域瞬态温度分布较高,且温度引起位移变形也变大。2种方案的差异在膛口处达到最大值。瞬时高温对内壁产生烧蚀作用,这对枪管寿命和冷热偏不利。因此自动步枪内弹道调整为膛压快速上升内弹道方案对步枪性能提升更有利。     

膛口一维瞬态温度场存在孤波的探讨

本文提出一个较简单的唯象物理、数学模型来处理膛口轴向温度场,并指出建立膛口温度场的主要机制是气体的宏观流动和化学反应间的综合效应.首次提出在中间弹道领域内也存在孤波这种物质运动形式.针对φ12.7mm机枪和φ7.62mm机枪,发现理论计算和实验结果符合得较好。     

一种新型膛口火焰测量方法

综述了常用于膛口火焰测试的两种方法即照相机B门等待法及转鼓摄影法,提出了评价武器膛口火焰的评价指标及一种行之有效的膛口火焰光电测试方法。     

带膛口装置的流场数值模拟

膛口装置能控制火药气体从身管中的流出状态，从而改变身管的受力情况，对武器的性能有重要的影响。通过对膛口气流现象的分析，忽略火药气体中携带的固体颗粒和化学反应对膛口气流结构的影响，利用轴对称Euler方程组和TVD有限体积法对带膛口装置的流场进行了数值模拟。数值模拟的结果反映了带和不带膛口装置流场的主要特征与波系之间的相互作用，与实验照片比较吻合。数值模拟结果对评价膛口装置的性能有一定的参考意义，并且有助于新型膛口装置的设计。     

基于多尺度子带能量集特征的膛口波识别方法

面向实际复杂环境下的枪声探测应用,提出一种基于多尺度子带能量集特征的膛口波识别方法。采用一组低频子带滤波器增强膛口波信号,通过膛口波检测和波峰搜索确定候选膛口波的起点位置,并基于该起点以嵌套方式截取候选膛口波及其各子带分量的多尺度数据片段,用各片段数据的短时能量和能量比构成多尺度子带能量集特征输入支持向量机和k近邻分类器,进行膛口波和非膛口波识别。对372段外场实录枪声数据进行数值实验,结果表明：所提方法对膛口波识别的查全率、查准率均高于93%,加权调和平均高于0.95;两种分类器下的识别结果无明显差别,但所用特征维数和计算耗时却远低于常用的离散小波方法,更接近实际应用需求。     

某大口径轻武器射流噪声的小波分析与数值模拟

针对某带膛口制退器的大口径轻武器射流噪声问题,在实验研究和数据分析基础上,对膛口噪声的气动特性进行探究。利用小波分析方法对实验测得的噪声数据进行分析,将膛口冲击波与膛口脉冲噪声的波形加以区分;采用计算流体力学与计算气动声学耦合算法对膛口噪声进行数值模拟,并将测点位置的噪声数值模拟结果与实验结果进行对比分析,验证该计算方法的可行性;分析了膛口制退器内的激波分布及带膛口装置的膛口噪声场指向性分布。研究结果表明：膛口噪声成分复杂,频带宽且声能较高,膛口制退器引起膛口周围流场的侧向分流,从而影响膛口噪声的指向性分布。     

膛口二次燃烧温度原子光谱遥测方法研究

描述了用于膛口二次燃烧温度测量的原子发射光谱双谱线遥测方法及测温系统，并给出了7.62mm枪膛口二次燃烧温度的测量结果，测温精度较好，相对误差小于2％，为大口径武器膛口二次燃烧温度的测量提供了新的途径。     

底排装置瞬态泄压过程数值模拟

为了研究底排弹出膛口到自由飞行阶段膛口流场发展过程以及弹丸底部参数变化,采用二维轴对称平均N-S方程和一方程S-A湍流模型研究了底排弹出膛口过程中近膛口以及底排装置内腔的流场特性。同时为了进行验证对比,研究了普通弹丸出膛口过程的近膛口流场特性,底排弹以及普通弹丸的运动通过FLUENT软件中网格的动态铺层得以实现。获得了清晰的外流场波系结构以及底排装置内腔的压力及温度的变化规律,计算结果表明,普通弹丸出膛口过程的近膛口流场波系结构与实验图片相符,证明了本文采用的数值方法的可行性,计算结果为底排装置内（燃烧室）固体燃料的非稳态燃烧过程以及固体燃料的力学性能的分析提供了丰富的数据参考,同时为膛口流场的研究提供了参考。     

新型钛合金炮口温度退变三维数值模拟仿真

为研究新型钛合金炮口在不同射击条件下的温度退变特点及热传导性能,提出其炮口温度退变的三维数值模拟仿真。设立炮口的温度退变初始条件,采用四阶龙格-库塔算法,获取两个不同时段火药燃气的温度分布规律,结合牛顿冷却公式,建立温度退变方程,用有限差分法求解内壁与边界的差分方程。结果表明:首发射击时,炮口膛壁温度极速上升后缓慢退变,连续射击时,炮口内壁温度均呈迅速上升再迅速退变的周期性升降,当发射数量增大时,距内壁较远点温度变化不明显,较近点与内壁温度变化相同,均在温度上升后快速退变,且导热系数较高,导热效率更快,热传导性能较好。     

膛口装置对双联自动机弹丸飞行姿态影响研究

为研究双自动机并联发射时膛口气流对弹丸出膛口后飞行姿态的影响,设计了新型炮口装置.对某双自动机并联发射时膛口流场进行数值模拟,结合膛口流场模拟结果分析了带炮口装置前后膛口流场对弹丸出膛口后运动姿态的影响.未装炮口装置时因膛口流场影响弹丸产生的偏移速度为2.586 m/s,安装新型炮口装置后弹丸偏移速度为1.564 m/s.新膛口装置可显著减小膛口气流对弹丸出膛口后运动姿态的影响,有利于提高武器系统的射击精度.     

考虑化学反应的大口径火炮炮口流场特性

大口径火炮由于其装药元件复杂,装药量较大,发射过程中产生炮口冲击波及炮口焰的问题较为严重,容易对人员或设备造成损伤。为研究炮口焰的生成等炮口流场特性,以某155 mm 口径火炮为模拟仿真对象,针对射击过程中高速、高压、高温且与外界环境发生复杂的化学反应等特点,建立化学反应模型。同时,又考虑到弹丸射出过程中会与身管壁面产生微小扰动的现象,建立雷诺平均Navier-Stokes方程、k-ε湍流模型。根据所建立的炮口流场模型模拟在不考虑初始流场的条件下弹丸出炮口后炮口流场的形成及发展过程,数值分析结果清晰地展现了马赫盘、冲击波、入射激波等复杂的波系结构以及炮口焰,尤其是二次焰的产生过程。数值计算结果与实际试验结果进行对比,发现火球的形状及大小吻合度较高,误差不超过8%,为大口径火炮射击过程中降低炮口冲击波、烟、焰等有害现象提供了理论参考。     

基于动网格的炮口制退器两相流场数值模拟

为较准确地研究火炮发射时高温高压高速的燃气射流经由炮口制退器的流场,对基于动网格的炮口制退 器两相流场进行数值模拟。利用FLUENT 软件,采用光顺和重构的非结构动网格更新方法,使用结构非结构混合网 格技术,建立炮口制退器的流场模型,对弹丸飞出炮口制退器过程中的膛口流场进行数值模拟,并对比分析了燃气 射流中的固相颗粒与气相耦合的两相流场和单纯气相流场对炮口制退器的影响。计算结果表明：考虑了两相的流场 与单纯气相流场在压强分布上存在明显的区别,可为后续炮口制退器的结构设计与优化研究提供一定的参考。     

弹道枪水下全淹没式发射膛口流场演化特性的数值模拟研究

为了解弹道枪水下全淹没式发射膛口流场的演化特性,搭建水下射击实验平台,运用直接摄影法捕捉其膛口流场演变的全过程。实验发现：在弹头出膛前,弹前水柱已经在膛口空化产生水蒸汽;弹头出膛后,膛内燃气流出并与水蒸汽掺混,将弹头包裹;弹头远离膛口后,燃气射流继续膨胀,头部呈锥形;弹头表面不断空化产生水蒸汽,形成超空泡,同时在弹头尾部会留下细长的气柱。在实验基础上建立二维多相流模型,采用流体体积函数多相流模型和标准k-ε湍流模型,结合动网格及用户自定义函数技术,对实验工况进行数值模拟。结果表明：弹道枪水下全淹没式发射时,高度欠膨胀的火药燃气出膛口后,形成了包含两个瓶状激波的复杂波系结构;弹头出膛后,在膛口流场区域内不断加速,随着弹头远离膛口流场区域,弹头速度不断衰减。     

一种新型膛口装置的多功能抑制机理分析

数值模拟了无膛口装置和含内插管扩张型抑制装置的膛口非定常流场，给出了与实验照片相符的膛口流场的宏观结构及其发展过程。定量分析了射流结构和膛口冲击波的时空特性，结果表明：内插管扩张型抑制装置大幅度地降低了射流结构中高温区的空间尺度、持续时间和温度，显著地减弱了冲击波在侧后向的强度和传播，减小了燃气的后坐动量，从而获得多种抑制效果。