超高射频串联发射系统设计

基于弹药串联装填发射原理,给出了超高射频串联发射系统设计,就整体结构、弹丸设计和控制系统进行了详细讨论,设计了多发串联弹组,精确控制了内弹道药室初容积和弹丸启动压力2个重要初始参数。针对超高射频的特点设计了系统试验方案,通过调整串联弹组中尾翼连接长度,按照不同的射频进行了多发弹丸连续射击,测试了点火脉冲及其频率、弹丸膛口速度、实际射频以及膛内压力变化曲线,并对试验结果进行了分析讨论。试验实现稳定高初速射频10000r/min5连发射击,验证了超高射频串联发射系统设计的合理可行。     

超高射频火炮发射过程仿真分析

针对串联预装填超高射频火炮的特点,建立了膛内火药燃气排空过程的计算模型,详细分析了后随弹丸弹前残余火药燃气的压力变化过程,并对弹前压力、弹后空间变化情况下弹丸运动规律进行计算.研究了3发弹丸以不同发射间隔序贯发射时的内弹道过程,对其规律和约束条件进行讨论,分析了发射频率对膛压和膛口速度的影响,弹前压力是影响超高射频火炮内弹道性能的关键因素,在发射间隔一定的情况下通过对超高射频火炮的调整和设计可以取得较好的内弹道性能.     

超高射频串联发射弹组有限元分析

弹丸结构设计及其强度分析是超高射频串联发射核心技术之一.在分析超高射频串联发射整体结构的基础上,设计了弹丸结构,利用ABQUS软件建立了两发串联弹组的有限元分析模型.通过仿真得出了发射过程中两发串联弹组在最大膛压作用下的轴向形变及等效应力分布情况,分析了弹丸前端锥度和圆台大小对支撑部分受力的影响.该有限元分析的结论可为减小弹前阻力,优化弹丸结构及选取弹丸材料提供理论依据.     

基于FLUENT软件和内弹道模型双向耦合的超高射频火炮发射过程模拟

弹头阻力计算的准确性直接决定了超高射频火炮内弹道数值模拟的准确性。为了提高超高射频火炮内弹道过程数值模拟的准确性,利用二次开发工具UDF将FLUENT软件和经典内弹道（CIB）模型双向耦合计算超高射频火炮弹前流场,得到了超高射频火炮发射过程中第2发弹丸的弹头阻力,分析了不同射击频率下弹头阻力的变化规律。结果表明：FLUENT-CIB模型双向耦合计算能够得到弹前身管内火药气体各个时刻的流场分布,提高了弹头阻力计算的准确性;弹头阻力在弹丸启动后很快由减小变成增大,增大到某个极大值后又逐渐减小,直到弹丸出炮口,这个变化规律在不同射击频率下普遍存在;射频降低,在弹丸运动前期弹头阻力增幅减小,在弹丸运动后期弹头阻力降幅也减小。弹头阻力计算的准确性直接决定了超高射频火炮内弹道数值模拟的准确性。为了提高超高射频火炮内弹道过程数值模拟的准确性,利用二次开发工具UDF将FLUENT软件和经典内弹道（CIB）模型双向耦合计算超高射频火炮弹前流场,得到了超高射频火炮发射过程中第2发弹丸的弹头阻力,分析了不同射击频率下弹头阻力的变化规律。结果表明：FLUENT-CIB模型双向耦合计算能够得到弹前身管内火药气体各个时刻的流场分布,提高了弹头阻力计算的准确性;弹头阻力在弹丸启动后很快由减小变成增大,增大到某个极大值后又逐渐减小,直到弹丸出炮口,这个变化规律在不同射击频率下普遍存在;射频降低,在弹丸运动前期弹头阻力增幅减小,在弹丸运动后期弹头阻力降幅也减小。     

超高射频火炮射击实验及内弹道仿真

在某新型超高射频火炮发射装置上,进行了金属风暴武器系统的3连发和5连发射击实验,测得实验膛压数据;建立了膛内过程的经典内弹道模型,并进行了数值仿真;仿真结果和试验结果和相近,表明该模型用于模拟金属风暴武器系统高频连发的膛内过程是可行的;利用该模型详细讨论了射击频率的变化对超高射频武器系统内弹道性能和出炮口速度的影响,并得出相关结论;这些规律对后续研究有一定借鉴作用。     

半约束期弹丸膛内运动姿态测试方法

摘要：针对目前国内外膛内弹丸姿态研究现状,对半约束期弹丸姿态变化的实时测试理论和方法进行研究。介 绍当前国内外火炮弹丸膛内运动姿态的测量方法,包括高速摄影法、激光光学杠杆法和磁传感器法等,比较各种方 法的优缺点,并总结研究新的火炮弹丸膛内运动姿态测量方法对于火炮设计和提高火炮射击精度的重要意义。该研 究可为提高火炮射击精度、支撑发射动力学的实验研究提供参考。     

射击频率对金属风暴武器系统内弹道性能的影响

针对金属风暴武器的特点,描述了金属风暴武器系统内弹道物理过程,以发射某枪弹为例,讨论了射击频率的变化对金属风暴武器系统内弹道性能的影响规律。研究结果表明射击频率越高,前发弹与次发弹之间的内弹道耦合现象越强烈,并会影响到弹丸出膛口参数和射击精度。     

含运动边界的并联发射膛口流场数值模拟预测

对三管并联发射产生的含高速运动弹丸的膛口射流进行数值模拟计算,建立其数学物理模型,采用AUSM格式求解三维N-S方程,弹丸采用大位移运动边界的动网格技术处理,湍流模型采用Spalart-Allmaras模型。得到了含高速运动弹丸的膛口射流的结构和流动参数,预测了膛口射流与弹丸出膛口后的相互耦合作用。结果可为多管发射武器系统射击精度的预测提供必要依据。     

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.     

膛口初始流场对火药燃气流场影响的数值研究

枪炮发射时,身管内被弹丸压缩的空气柱喷出膛口后形成初始流场,它对后续火药燃气流场的发展及弹丸的运动产生很大影响,甚至会降低射击精度。因而,研究初始流场对火药燃气流场的影响机理对于武器设计具有重要的意义。基于ALE方程的有限体积方法,利用AUSM+格式和分区结构化贴体网格对含有复杂形状弹丸的膛口流场进行了数值模拟。根据数值结果绘制的计算阴影图与实验阴影照片符合较好。分别计算了有、无初始流场两种条件下的流场发展过程,详细比较讨论了它们的流场结构与参数特征。结果表明枪炮发射时,身管内被弹丸压缩的空气柱喷出膛口后形成初始流场,它对后续火药燃气流场的发展及弹丸的运动产生很大影响,甚至会降低射击精度。因而,研究初始流场对火药燃气流场的影响机理对于武器设计具有重要的意义。基于ALE方程的有限体积方法,利用AUSM+格式和分区结构化贴体网格对含有复杂形状弹丸的膛口流场进行了数值模拟。根据数值结果绘制的计算阴影图与实验阴影照片符合较好。分别计算了有、无初始流场两种条件下的流场发展过程,详细比较讨论了它们的流场结构与参数特征。结果表明初始流场的存在是火药燃气流场形成冠状冲击波的必要条件。同时,含有初始流场条件下的近膛口区域最大滞止压力相对于无初始流场条件增加了2倍以上。     

某大口径火炮发射弹丸启动压力研究

火炮发射时火药燃气压力将弹丸挤入炮膛,适当的挤进阻力能够减小初速或然误差、提高弹道一致性,是复杂的力学与火药燃烧耦合的过程。经典内弹道理论提出了启动压力假设,当火药燃气平均压力高于启动压力时弹丸开始运动,该假设导致启动压力物理含义不清楚、数值难以确定。本文以弹丸挤进过程和经典内弹道假设为基础,建立了弹底压力冲量与弹丸直线运动动量之间的数学关系,提出了弹底压力的冲量、截尾冲量与虚拟弹丸动量的关系。由于弹丸运动方程的积分形式更能反映出启动压力所具有的冲量物理意义,由此提出了一种确定弹丸启动压力的计算方法。以某大口径线膛火炮发射某榴弹为例,建立了弹丸挤进过程仿真模型,使用光滑粒子流体动力学法对某装药条件下弹带挤进过程进行了模拟,得到了挤进阻力和弹丸运动位移、速度等参数,采用本文提出的数值方法计算了等齐膛线和渐速膛线时弹丸启动压力。在以最大挤进阻力为特征点时,不同膛线形式对启动压力的数值有一定的影响,等齐膛线工况时的启动压力较渐速膛线时的启动压力略大。     

塑料导爆管爆轰输出产物在消爆腔中的压力特征

模拟导爆管雷管点火结构，利用动态压力测试系统研究了导爆管爆轰输出产物通过消爆腔点火时点火峰压、点火持续时间和点火冲量随消爆腔体积的变化规律。研究结果表明，导爆管点火峰压随消爆腔体积的增大而单调下降，点火持续时间与点火冲量随消爆腔体积的增大呈先增大后减小的规律。本试验结果可作为确定导爆管雷管装配工艺的参考。     

超高射频武器串联发射膛口流场数值模拟

为了研究超高射频武器高频连发时膛口流场形成机理和对弹丸飞行的影响,基于 ALE方程和嵌入网格技术,结合动网格方法进行数值仿真分析。数值结果清晰地揭示了高频连发时火药气体相互叠加形成的复杂流场的结构。在相同装药量下,高频连发时后续弹丸膛内加速度远小于首发弹丸;后续弹丸出膛口后,弹前火药燃气膨胀形成低压区,而弹后压力高于首发弹丸弹后压力,使其加速度大于首发弹丸。仿真结果为研究超高射频武器高频连发时弹丸受力分析提供一些理论依据。     

燃烧轻气炮点火对内弹道性能影响的仿真分析

为探索燃烧轻气炮点火对内弹道性能的影响,应用商业软件对其进行仿真分析,通过施加能量模拟点火源,采用计算流体力学方法对燃烧轻气炮内弹道气体流场进行数值模拟分析。计算结果表明:燃烧轻气炮点火源布置对弹底压力波动影响很大,在一定范围内合理增加点火源数量、点火能量和放电时间都可以减小弹底压力波动,但对弹丸初速影响不大。     

不同温度下无后坐炮内弹道过程多维随机变量数值模拟

为了精确设计身管强度、弹体强度和精细分析引信解除保险性能,在不同温度的情况下,在考虑药厚、火药力、药量、药室容积和弹丸质量随机性的基础上,应用蒙特卡洛方法和无后坐炮经典内弹道学模型,随机模拟了不同随机因素对内弹道性能的影响,得到了不同随机影响因素下的某无后坐炮内弹道膛压曲线轮廓,高温、低温、常温条件下最大膛压附近的膛压跳动最大值分别为14.088 8 MPa,5.660 3 MPa,7.749 8 MPa。该解算结果能较好地反映出膛内射击过程的变化规律,可用于精确设计身管强度、弹体强度和精确分析引信解除保险性能。     

弹膛偏移对小口径埋头枪弹挤进动态响应的影响

为研究弹膛偏移对埋头弹挤进过程动态响应的影响,以小口径埋头枪弹为研究对象,考虑聚合物弹帽与枪管对弹头的共同作用,采用显式动力学方法,耦合经典内弹道方程,建立了动态挤进过程弹-枪相互作用数值仿真模型。分析弹膛偏移量对弹头质心偏量、膛内偏角和挤进阻力的影响,开展了弹帽结构优化设计,利用多参数同步测量技术进行埋头弹姿态和精度试验,验证了设计方案的有效性。研究结果表明,随着弹膛偏移量的增加,弹头挤进结束时质心偏量、膛内偏角和最大挤进阻力均增大,降低了埋头弹-枪系统的精度,影响了系统寿命和安全性,通过优化弹帽结构,可大幅度减小膛内运动质心偏量,改善弹头偏角和最大挤进阻力。研究成果为埋头弹-枪系统设计及优化提供了技术支撑。     

气室冲量模拟器建模与仿真研究

气室冲量模拟器是导气式自动机模拟试验系统的核心部件，其动力学特性决定了该系统是否可以模拟武器实弹射击时的气室火药燃气压力冲量。以某14．5mm高射机枪为例，对气室冲量模拟器进行了气体动力学仿真。介绍了气室冲量模拟器的工作原理，根据气体动力学和热力学理论，利用经典龙格一库塔法建立了气室冲量模拟器活塞运动的数学模型，并应用MATLAB编程求出了数值解，将仿真结果与实测结果进行对比，得出该气室冲量模拟器可以被用来模拟气室冲量，完成模拟射击试验。     

烧蚀磨损理论下多参数变化对火炮内弹道性能的影响分析

为研究火炮烧蚀磨损对内弹道性能的影响,基于烧蚀磨损理论,建立了经典内弹道模型和火炮烧蚀模型。针对某火炮的试验结果进行了数值模拟,获得的不同磨损量条件下启动压力变化规律与实测结果相吻合。在此基础上,数值分析了多参数变化对火炮内弹道性能的影响。结果表明:身管烧蚀磨损会导致弹丸速度和火炮膛压减小; 增大装药量后,随着身管磨损量增大炮口相对初速减退量减小; 增大火药力后,随着磨损加剧炮口相对初速减退量增大; 全装药条件下,射弹数达到约420发时,炮口初速相比于新炮下降了7.53%,达到身管报废标准,此时身管报废。     

典型小口径步枪枪管系统冷热枪状态差异三维有限元分析

针对自动步枪在冷热枪状态下的差异,为揭示冷热偏机理和提高射击精度,以某典型小口径自动步枪为研究对象,基于热固耦合的研究方法,计算了镀Cr层但忽略膛线的某典型小口径自动步枪枪管系统在连续热冲击及膛压下的瞬态温度及变形,分析了其温度场和沿径向的位移场变化规律,仿真计算结果获得了试验数据的验证。研究表明:连发发射时内膛薄层各点的温度梯度将引起高频急剧变化的热应力; 热载荷是影响残余位移的主要因素; 枪管系统前几发弹峰值位移主要受脉冲位移影响,随着射弹量增加峰值位移主要受残余位移影响; 随着射弹量增加,热枪状态下枪管系统变形明显大于冷枪状态下变形; 热载荷是影响枪管系统变形的主要原因,膛压对枪管系统产生了位移脉冲,不影响残余位移。残余位移的增加量随射弹量呈减小趋势。