底部排气弹极限增程率与最大可能增程率的计算分析

本文从极限增程率和实际极限增程率的关系出发,引入了最小底排工作时间的概念.在对最大可能增程率的理论分析上,提出了底排工作段减阻率的弹道平均值的概念,并根据射程增加量与总阻减阻率之间的关系,给出了最大可以增程率的一个下限值及达到下限值的条件.并举例计算了极限增程率、实际极限增程率和最小底排工作时间,对底排工作段的各时间区段的排气参数进行了层权分析,给出了对增程率影响较为显著的底排工作时间段.最后提出了利用最大可能增程率进行底部排气弹弹道设计的一般方法.     

底排参数对底部排气弹弹道特性的影响

为研究不同底排条件下底部排气弹的弹道特性,探讨了底排药剂燃烧和减阻机理,建立了底排内弹道和外弹道模型,分析了底排装置结构参数和药剂燃速系数等对底部排气弹减阻增程效果的影响;结果表明：一定范围内药柱长度的增加能显著提高增程率,但药柱长度过长会由于燃气的引射作用降低增程率;减小药柱内径和增大喷口直径可以提高底部排气弹增程率;分瓣数的增加对提高增程率有较大作用,但应考虑对工程实现的影响;研究范围内存在最优药柱长度和燃速系数;总阻减阻率随着底排工作时间总是经历一个先增大后减小的过程。     

排气能量对底部排气弹气动特性影响的数值模拟

远程压制武器在现代战争中的作用越发凸显,各种增程技术成为现代火炮技术研究的重要方向,而底排减阻是重要的方法之一。底排药剂燃烧产生的气体含有相对较高的能量,重点研究底排气体能量对底部排气弹气动力特性的影响。建立底排能量边界条件,采用添加人工粘性项的MacCormack差分格式求解三维Euler方程组,数值求解绕底部排气弹弹丸流场,得到底部阻力等气动力系数。分析表明,能量是影响底部排气弹气动力特性进而影响减阻增程效果的重要因素之一,在一定条件下提高底排气体温度,有利于增大弹丸射程。研究结果可为进一步研究底部排气弹减阻增程提供参考。     

药柱燃速对底排工作过程及底排弹射程影响的数值模拟

为了研究底排药柱燃速对底部排气弹底排装置工作过程和射程的影响,采用计算空气动力学和质点外弹道学耦合的方法求解底部排气弹的飞行弹道,研究了底部排气弹在整个减阻阶段底排装置工作参数、工作状态、底排流场等随时间的变化,分析了药柱燃速对底部排气弹工作过程和射程影响。结果表明:数值模拟结果与制式底部排气弹靶场试验结果吻合,说明建立的计算模型合理;燃速调整系数由0.8提高到1.2时,燃烧时间由36.8 s减少到18.4 s,射程由38.12 km下降到36.21 km,增程率由33.32%下降到26.64%;不同底排药柱燃速的底部排气弹在减阻阶段的排气参数均随时间的增加而呈先增大后减小的趋势;采用高燃速底排药柱的底部排气弹排气质量流率相对于低燃速的底部排气弹较大,但减阻效果并没有明显提高。     

影响底部排气弹增程性能的若干因素

本文从定性角度分析了若干因素对底部排气弹增程性能的影响,这些因素包括船尾角、排气温度、排气方式、炮弹转速、马赫数、底排装置、推进剂、点火剂等。     

章动散布底排阻力散布与阵风引起的落点散布的计算

底部排气弹的章动散布，底部排气时的阻力散布与阵风是影响底部排气弹落点散布的主要因素．在底部排气弹的散布分析与计算中，正确计算这三种因素散布对底部排气弹落点散布的影响是十分重要的．本文提出了这三种因素散布对底部排气弹落点散布影响的计算方法，为底部排气弹的散布分析与误差合成提供条件。     

基于计算流体力学与质点弹道耦合的底部排气弹工作过程以及射程预示

基于计算流体力学的优点以及目前底部排气弹射程预示问题,采用计算空气动力学和质点外弹道学耦合的方法求解底部排气弹的飞行弹道,获得在整个减阻阶段底部排气弹底排装置工作参数、工作状态、底排流场等随时间的变化规律。研究结果表明：不同海拔发射的底部排气弹在减阻阶段的排气参数均随着时间的增加而呈增大的趋势,但在减阻末阶段,变化趋势变缓;随着海拔高度的增加,阻力系数随时间的增大而增加的趋势变得平缓,甚至会出现下降的趋势;在海拔0 km发射的底部排气弹在减阻阶段前期,底排装置以底排减阻模式工作,到减阻阶段中后期,底排装置的工作模式介于底排减阻模式和火箭增程模式之间。     

基于药柱变燃速燃烧的底排减阻增程方法

为了深入研究底部排气弹减阻增程的特性,进一步提高弹丸的射程。针对国内某155 mm底排弹,建立了不同燃速燃烧的底排药柱、变燃速燃烧的包覆药柱和药柱包覆层位置的变化三种情况下的燃烧模型,模型中引入了燃速改变系数,并通过数值计算分析了其对底排弹减阻和增程的影响。结果表明,当燃速改变系数从0.7增加到1.2时,底排工作时间减少27.08 s,射程减少1.16 km,增程率减少3.86%;变燃速燃烧的药柱在内层采用高燃速燃烧,外层采用低燃速燃烧的增程率可达32.33%;对药柱分层燃烧位置优化后,在距药柱内环约1/4处有最佳射程39.76 km。因此,可以通过寻求底排药柱最优的分层位置,采用变燃速燃烧的方法来改善底排弹减阻增程特性,且这种方法具有普遍适用性。     

烟火型排气剂的减阻增程效应

提出了用烟火剂作弹丸增程底部排气剂，并对烟火型排气剂配方及其减阻增程效应开展了试验，将其用于某１２２ｍｍ榴弹上，获得了射程由原１５．３ｋｍ增至２２．３ｋｍ的结果。这表明烟火型排气剂是一种潜力很大的弹丸增程排气剂。     

烟火型排气剂的配方及减阻增程研究

提出了用烟火剂作弹丸增程底部排气剂的性能要求，并进行了配方设计和风动底阻减阻试验，用于某122mm榴弹上的结果，表明烟火型排气剂是一种很有潜力的弹丸增程排气剂。     

底部排气弹点火具特性对底排工作影响的分析

点火具是底排弹中一个起着特殊作用的部件,对底排弹的射程及散布有着不可忽视的影响.本文着重分析不同类型点火具,及不同质量点火剂,在目前底排弹试验中所带来的影响及其作用,试图寻求一种能增加射程,减少散布的方法。     

底排药剂燃烧速率影响因素试验研究

底排药剂燃烧速率的计算公式准确与否是关系到底排装置内弹道参数计算结果正确性的前提之一。但是，对于影响燃烧速率的一个重要因素，即弹丸的高速旋转对燃烧速率的影响规律问题至今还没有形成完全一致的认识。     

某底排弹底排装置工作期间内部流场的数值模拟

基于均相流理论和固体火箭发动机原理建立了底排装置一维非定常内弹道模型。采用底排内弹道和修正质点外弹道耦合计算的方法对某155mm底排弹底排装置工作期间的内部流场和外弹道进行了数值模拟。得到了底排装置内压力、温度、密度和速度沿燃气通道轴向分布情况及喷口处的变化规律。计算结果表明,底排装置内的最高温度约为1944K,最大速度约65m.s-1;计算的底排工作时间为24s,增程率约为30%,与实际射击试验平均值吻合较好。     

某底排-火箭复合增程弹再增程的分析与设计

底部排气装置与火箭助推发动机复合增程是目前炮弹增程技术中一项有效的技术,它综合了底排减阻与火箭增程技术的优点,使炮弹远程技术得到了新的发展。通过论述底排-火箭复合增程原理,分析了底排-火箭复合增程弹的结构形式及各自特点、影响底排-火箭复合增程弹射程的主要因素,提出了某型号底排-火箭复合增程弹的改进方案,通过相关静态实验和靶场射击试验结果分析,验证了该方案的可行性。     

底排装置工作不一致性对射程散布影响的研究

底部排气弹与传统制式弹相比的主要特点是射程远但散布大。影响其射程散布的重要因素之一就是底排装置工作的不一致性。通过建立底部排气弹底排装置内弹道和外弹道计算模型,基于独立随机假设理论,采用数值模拟方法,计算分析了由于点火具点火延迟时间、底排装置工作时间和底排药剂部分脱落造成质量偏差的不一致性对射程散布的影响。得到了平均单位点火延迟时间、底排装置工作时间和质量偏差引起的射程改变量。对于单位点火延迟时间引起的射程改变量630m与试验结果667m吻合较好,故在此基础上的计算模拟结果具有一定的工程应用参考价值。     

环境温度对底排效应的影响

环境温度对底排效率具有显著影响，文中采用热主流风洞实验方法研究了这种影响。实验结果表明：随着来流温度的升高，底排减阻率下降，二者呈非线性关系；M数对底排减阻率的温度效应影响较大，M＝2.2时出现峰值，而排气率对其影响可以忽略。用实验结果计算环境温度对底排弹射程影响与射击实验结果一致，同时对其机理也做了简要分析。     

基于遗传粒子群算法的底排参数优化

为优化底排装置结构和药柱燃速系数,以某型底部排气弹为例,分析确立了设计变量和目标函数,综合遗传算法和粒子群优化的优点,设计了遗传粒子群优化算法,结合建立的底排内外弹道模型,构建了基于GA-PSO的底排参数优化模型。算例中优化方案能增加底排弹的减阻率,底排工作时间延长9.56 s,落点存速增加6.01 m/s,最大射程增加1 892.95 m,增幅5.02%。该文设计的GA-PSO具有较好的稳定性和较快的收敛速度,优化模型可以为底部排气弹底排装置的设计提供参考,也可以作为其他相似寻优问题的基本模型。     

底排弹底排装置内弹道参数计算模型

本文给出了求解底排弹底排装置内弹道参数的方程组,并在试验研究的基础上建立了能反映几种主要因素对底排药剂燃速影响的新的燃速公式,从而解决了在求解上述方程组中最为关键的问题.解法的正确性通过在低压舱内进行的底排弹高空动态模拟试验得到了验证.实测的底排装置内的燃气压力随时间变化曲线与利用上述计算模型计算出来的曲线吻合得较好.