底排药剂成从对底排弹减阻增程影响的实验研究

介绍了底排药剂成份对底排水弹减阻增程气动力性能影响的实验，实验采用预混合可燃气模拟真实底排药剂，改变其化学反应氧平衡系数和热值，研究了这些参数变化对底排弹减阻增程气动力性能的影响。     

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。     

底排弹排气药剂燃速的确定

接离散系统最优控制理论（DP法)对制式弹改为底排弹进行了最大增程设计。确定了底排药剂的动态优化最佳燃速，并与利用减阻率冲量概念(SRI法)的计算结果加以比较，相近的结果表明了该方法的可行．但DP法理论依据较新，SRI法计算量较小。     

提高底排减阻增程率的途径

计论了加质和加能对底排减阻和增程率的影响，指出提高底排燃气温度是增加减阻增程率的重要途径。     

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。     

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。     

底排性能的环境压力效应

环境压力是影响底排性能的重要参数之一。由风洞实验获得来流压力、M数及排气参数等对复合底排药减阻性能的影响，以及药剂燃速和排气温度随静压的变化，并对变化的机理进行了分析。     

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。     

增面燃烧方式与减面燃烧方式对底排弹增程效果的影响

底排弹所用底排药剂的燃烧方式可分为增面燃烧与减面燃烧两类。本文从理论上分析了这两类燃烧方式所产生的本质不同，并利用模拟计算了计算对比了其在增程效果上的差异。指出，减面燃烧火药对于底排弹的增程更具有本质的意义。     

底排冷空气排气参数对模型底部流场的影响

论述了底排冷空气条件下，排气率和排气口尺寸对模型底部中心线上压力分布和速度分布的影响．由实验结果可以看出，排气率和排气口尺寸对减阻率的影响主要是通过改变底部回流区的结构，进而影响混合层与外流的相互作用来实现的．     

高速旋转底部排气弹的三维流场数值模拟与分析

为研究高速旋转条件下底部排气弹的减阻特性,运用滑移网格技术进行底部排气弹三维流场的数值模拟。研究了不同转速条件下底部排气弹的减阻特性,分析了旋转效应对减阻性能的影响以及一定阻力系数下排气参数与弹丸转速的约束关系。研究结果表明：同一个排气参数下,阻力系数随转速增大而减小;同一个转速下,阻力系数随排气参数的增大呈现先减小、后增大的变化规律;高速旋转使得底部排气弹具有更好的减阻效果;减阻期望一定时,排气参数与弹丸转速呈现此消彼长的关系,对于确定转速的底部排气弹,存在着最优的排气参数。     

烟火类与复合类底排药减阻性能比较

给出烟火类和复合类底排药减阻率、环境压力效应、旋转效应等性能比较，指出采用合理配方的烟火底排药可进一步提高减阻增程率．     

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。     

底排尾迹流场实验研究

由风洞实验给出不同条件下底排冷空气和燃烧尾迹流场皮托、静压 ,M数及温度分布 ,并根据流场结构对底排减阻机理进行了分析