底排点火具在大气中燃烧火焰扩展特性

底部排气弹射程和纵向密集度与点火具的工作性能密切相关。采用高速录像系统和红外热像仪研究了大气环境中,镁/聚四氟乙烯(MT)(Mg/PTFE 45/55、Mg/PTFE 55/45、Mg/PTFE 61/39)、硝酸钡(Ba(NO_3)_2)和氢化锆/氧化铅(ZrH_2/PbO_2 40/60)五种点火药剂在不同点火具孔径(6.5,8mm)下的燃烧扩展特性,并测得七种点火具的火焰温度场分布。在实验基础上,以基于内节点的有限体积法对MT点火具的燃烧射流场进行三维数值模拟,分析了不同MT质量比和点火具孔径下点火具在大气中的燃烧特性参数分布规律。实验和数值结果表明:ZrH_2/PbO_2点火具会破坏底排推进剂的"平行层"燃烧规律;提出以点火面积有效因子表示推进剂点火面积的有效程度,并结合点燃时间综合评估点火具的点火性能,发现MT质量比为61∶39,孔径为8mm的点火具性能最优;点火具火焰最高温度区均位于喷孔的势流核上方;镁质量分数为0.45~0.61时,镁含量越小,MT点火具燃烧场中火焰温度越高,镁含量一定,点火具孔径为6.5,8mm时,较大孔径有较强烈燃烧场热对流,较高中心轴向温度,较大温度梯度。     

底排点火具参数设计及其与底排药柱的匹配

介绍了点火具静止测时装置的设计思路，论述了点火具的主要技术指标－常温燃烧时间的控制以及提高其精度的途径；研究了点火具喷气孔径、装药量对底排弹弹道性能的影响以及点火具技术参数与底排药柱力学性能之间的匹配关系。     

底排推进剂瞬态泄压工况下燃烧流场特性的数值模拟

针对底排弹出炮口泄压瞬间燃烧失稳问题,建立了AP/HTPB底排推进剂燃烧流场的二维轴对称非稳态模型,通过数值模拟获取了底排模拟装置在瞬态泄压工况下的流场特性。结果表明: 在泄压过程中,燃烧室内压力、密度和温度沿轴向迅速下降,速度沿轴线迅速升高,且各流动参数的变化梯度逐渐减小;底排推进剂燃气的加入导致燃烧室内密度沿径向降低,而温度沿径向升高;燃烧室内压力随时间变化的计算值与实测值吻合较好。     

高速气流扰动下底排点火具的燃烧特性研究

为了研究点火具在高速气流作用下的燃烧特性,对其进行了风洞试验的研究。结果表明:不同的药剂、不同形式的点火具在高速气流的扰动下有不同的燃烧规律;点火具产生的燃气在底部尾涡区的作用下被封闭在点火具端部附近;颗粒以弧线的形式绕过尾涡区后加速到接近于来流速度。     

高降压速率下复合底排药剂瞬变燃烧特性研究

为了提高底排弹出炮口时底排装置的工作稳定性与一致性,采用半密闭爆发器模拟炮口工况,借助高速录像系统,开展了高降压速率下复合底排药剂瞬变燃烧特性的试验研究。实验中,半密闭爆发器燃烧室压力控制在20～90MPa范围内,降压速率为1.2×103～6×103MPa.s-1。实验表明,因破孔压力及降压速率不同,复合底排药剂燃烧行为分为自行稳定复燃、永久熄灭和临界状态三种情况。决定这些行为的关键因素是降压速率与降压前的初始压力。分析表明,在火炮发射条件下,底部排气弹出膛口时,复合底排药剂燃烧环境恰好处于永久熄灭/熄灭后再复燃的临界状态。     

高速旋转条件下点火具的燃烧特性试验研究

借助高速旋转试验台,研究了高速旋转条件下中心端面点火和侧向点火2种点火具的燃烧特性.结果表明,随着转速的提高,火焰面积增大,点火具燃烧时间减小,燃速加快.在转速为12 000 r/min的试验条件下,点火具内的点火药燃烧速度达到30 mm/s,是静态试验条件下的3倍以上;同时,点火药燃烧火焰在高速旋转条件下明显增大,其燃烧高度和宽度均比静态下多5～8 cm以上,燃烧强度更加猛烈.随着转速的增大,点火具烧蚀程度也愈加严重.     

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。     

底排点火具射流特性对点火延迟时间的影响

为了研究底排点火具射流特性对底排药柱点火延迟的影响,基于一种两相流点火理论模型和一定的假设条件,针对某155 mm底排弹出膛口后的二次点火过程及点火射流特点,就底排点火具的两相射流点火过程进行了数值模拟.计算得到了点火软化和延迟时间,给出了底排药柱着火燃烧前的径向温度分布情况,分析了点火射流温度、固相颗粒直径、颗粒相浓度参数变化对点火软化时间和点火延迟时间的影响,研究结果对指导点火具和底排药柱的改进设计具有参考价值.     

基于感知器仿真的底排药剂燃烧状态预测模型

以往研究结果表明,底排药剂在瞬态卸压工况下的燃烧行为分为稳定复燃、低频振荡燃烧和永久熄灭三种状态;具体燃烧状态主要由卸压前最大压力(20～90MPa)和最大卸压速率(1.2×103～6×103MPa.s-1)决定,三种燃烧状态与两者之间的对应关系基本上是线性可分的模式。为了预测不同瞬态卸压工况下的底排药剂燃烧状态,本研究基于神经网络理论,建立了单层和双层感知器神经网络模型并利用试验数据对模型进行训练,得到了包含卸压前最大压力与卸压过程中最大卸压速率的底排药剂瞬态卸压工况下燃烧状态界定判据。采用蒙特卡罗随机抽样的方法验证了所建立的感知器神经网络模型的正确性与可靠性,可以用来对瞬态卸压工况下的底排药剂燃烧状态进行预测。     

底部排气装置快速降压过程中燃烧流动特性数值分析

为研究底部排气（简称底排）装置出炮口时发射药燃气流动特性和点火具瞬态燃烧特性,采用半密闭爆发器模拟底排弹出炮口时的快速降压过程,借助高速录像系统观测了近喷口喷焰羽流的发展行为,并以此验证数值模型的有效性。在试验基础上,采用高分辨率迎风格式AUSM⁺、两方程Realizable k-ε湍流模型和有限速率化学模型,建立了降压过程中发射药燃气与点火具燃烧射流相互作用的二维轴对称模型,并以基于内节点的有限体积法进行数值模拟,分析了底排装置降压过程中两股高温燃气射流的耦合特性。结果表明：底排装置降压过程中,喷焰羽流由超音速强欠膨胀射流逐渐转变为亚音速流动,波系结构经历马赫反射到规则反射的转变,形成周期性钻石型激波和菱形火焰串,最终变成连续火焰;喷焰羽流变成亚音速流动后,底排装置内点火具火焰下游处径向热对流和热扩散比上游更强烈,底排药柱下端温度最高,首先复燃。     

底排装置在压力跃变条件下的燃烧控制

为研究底排装置在压力跃变条件下的燃烧机理,实现底排燃烧控制,采用半密闭爆发器进行了模拟底部排气弹出膛口后底排药剂燃烧环境压力突然降低的试验.结果表明在压力跃变的过程中底排火焰首先熄灭;在最初130 ms内,底排装置的喷口处为超音速流动或临界流动;在点火具火焰的持续作用下,底排药剂反应表面建立起新的传热与化学反应平衡;约780 ms时底排喷口恢复稳定的燃烧与喷射.研究表明在底排喷口加装燃烧控制块能有效减缓压力跃变对底排药剂燃烧过程的影响,恢复稳定燃烧的时间显著缩短,为提高底部排气弹的纵向射程分布找到了一种新的技术途径.     

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.     

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。     

底部排气弹底排装置点火过程对距离散布的影响

通过简单的数学处理得到了因底排药剂的点火延尺引起的距离散布的计算公式，将该公式用于试验数据处理可以看出改善点火条件，对解决底排弹的纵向密集度问题具有重要的意义．     

炮膛内底排装置燃烧特性计算分析

为了研究内弹道过程中底排装置的燃烧特性,基于两组不同底排药剂试样装填密度下的密闭爆发器燃烧试验数据,优化计算得到了高压工况下某底排药剂燃速模型为de/dt=8.51×10-8p0.579.建立了底排装置膛内燃烧模型与火炮-底部排气弹内弹道零维模型.针对某155 mm底排装置,在理想发射环境下,计算分析表明:膛内底排装置...     

瞬态泄压过程中二次燃烧对底排装置尾部流场影响的数值分析

为了研究瞬态泄压过程中二次燃烧对底排弹尾部加能的影响,建立了底排装置瞬态泄压过程中尾部化学非平衡流的数学物理模型。采用对流迎风矢通量分裂格式(AUSM+)的改进格式、切应力运输湍流模型SST k-ω模型和8组分12步反应的H2─CO反应动力学机理,运用统一算法的思路编程求解二维轴对称Navier-Stokes方程,对尾部流场进行数值模拟,得到泄压过程中底排燃烧室压力随时间的变化规律,模拟结果和文献实验结果基本吻合。在此基础上对泄压过程中有无二次燃烧两种条件下的尾部流场进行数值预测,分析了泄压过程中底排装置尾部流场特征参数随时间的变化规律。结果表明,泄压过程前期,二次燃烧对尾部流场影响较小。而在泄压中后期,二次燃烧对尾部流场影响较大,此时,尾部流场特征参数更快趋于稳定,且二次燃烧使尾部流场温度提高,加能效果显著,底压增大,底排弹底阻明显减小,减阻率比不含二次燃烧的减阻率提高了75%。