环形腔对燃气弹射初容室二次燃烧影响数值研究

为了研究环形腔对燃气弹射初容室内二次燃烧的影响,采用RNG k-ε湍流模型、有限速率/涡耗散燃烧模型和域动分层动网格技术,建立了考虑导弹尾罩运动的初容室二次燃烧流动模型。在与无环形腔弹射装置实验数据对比验证的基础上,数值研究了有/无环形腔和环形腔不同开口方向初容室流场、弹射内弹道和载荷变化规律,分析了环形腔降低二次燃烧冲击的机理。结果表明：从流场结构来看,增加环形腔结构改变了燃气流扩散方向,减小了燃气与空气的接触面积;含有环形腔流场增加的回流区域降低了尾罩底部二次燃烧产生的压强峰值。从内弹道角度来看,与无环形腔相比,环形腔开口向上时,导弹加速度变化平缓,出筒速度减小5.9%,出筒时间推迟4.5%.     

燃气弹射发射筒内燃气-空气二次燃烧现象研究

燃气发生器喷出的燃气射流与发射筒内空气发生二次燃烧现象对导弹发射装置产生强烈的热冲击和烧蚀。为了研究含运动边界的发射筒内二次燃烧现象,采用三阶精度MUSCL格式求解9组分10步H₂/CO基元化学反应动力学模型,使用域动分层网格更新方法模拟导弹运动。在与燃气自由射流冲击平台效应实验数据对比验证的基础上,分析了发射筒内二次燃烧现象对发射筒内流场和内弹道的影响以及筒内燃气-空气二次燃烧产生的原因。数值结果表明:二次燃烧不仅影响温度场分布,而且影响导弹的内弹道特性; 发射筒内二次燃烧现象是由于燃气发生器喷出的可燃成分与发射筒内O₂发生了强烈的化学反应导致的。研究结果对燃气弹射导弹内弹道设计提供了一定的理论基础。     

开口向上的环形腔宽度对弹射载荷的影响

为了研究开口向上的环形腔宽度对低温燃气弹射初容室内载荷的影响,采用计算流体动力学方法,结合SST湍流模型、有限速率／涡耗散燃烧模型和域动分层动网格技术,建立密闭空间导弹弹射过程二次燃烧模型。在与实验对比验证的基础上,结合数值模拟研究了开口向上的环形腔宽度对低温燃气弹射载荷的影响。结果表明：环形腔宽度为110 mm时,弹射载荷变化最平稳,且无明显双峰现象。研究结果为导弹燃气弹射的初容室结构设计提供参考。     

新型推力可控垂直发射装置及其内弹道规律

为提高发射装置的通用性,提出了一种新型“类同心筒”弹射装置——推力可控垂直发射装置。通过零维内弹道计算和三维内弹道仿真两种方法,分析了低压室燃气出口面积对发射装置内弹道性能的影响;通过多项式拟合得到了低压室燃气出口面积与弹射最大加速度、出筒速度、出筒时间的关系式,并对拟合关系式进行了验证;研究结果表明：改变低压室燃气出口面积控制发射装置推力是可行的;导弹出筒时间、出筒速度、最大加速度随低压室燃气出口面积近似线性变化——低压室燃气出口面积减小,导弹最大加速度增大,出筒速度增大,出筒时间减小;拟合关系式的弹射最大加速度误差在8%以内,出筒速度与出筒时间误差在4%以内。     

二次燃烧对燃气弹射内弹道影响三维数值研究

为了进一步研究二次燃烧对燃气弹射内弹道的影响,采用三维非稳态雷诺平均Navier-Stokes方程和重整化群湍流模型对燃气弹射过程进行数值研究,运用动态分层动网格技术模拟尾罩的运动。与实验结果对比表明,二次燃烧工况获得的内弹道参数更接近实验值。数值研究结果进一步表明:多组分工况获得的燃气与空气接触面光滑,而二次燃烧工况接触面呈现褶皱现象; 初容室内氧气质量分数的变化规律表明,二次燃烧现象发生在燃气发生器工作后的0.2 s内。受初容室内二次燃烧影响,弹射加速度呈现初期时二次燃烧大于多组分工况,后期多组分工况大于二次燃烧工况现象; 二次燃烧现象提前了飞行器的出筒时间,减小了飞行器的出筒速度。     

喷水孔数量对燃气-蒸汽弹射内弹道的影响

以含水室的燃气-蒸汽弹射动力装置为研究对象,采用Mixture两相流模型、k-ε湍流模型和域动分层动网格技术,研究了不同喷水孔数量对燃气-蒸汽弹射内弹道的影响。研究表明:随着喷水孔数量的增加,燃气进入弯管和发射筒内阻力逐渐增大,弹射装置内冷却水消耗完的时间逐渐缩短,弹射过程中的最大压力峰值逐渐降低。同时,喷水孔的数量对0.1~0.4s时间内的发射筒内的温度影响较大,对0.55s以后发射筒内的温度影响较小。喷水孔数量的增加引起发射筒内混合气体动能的降低,导致导弹的出筒时间延长和导弹的出筒速度降低。研究结果为燃气-蒸汽弹射喷水方案设计提供了理论依据。     

基于多燃气动力的水下变深度发射内弹道

为研究水下变深度发射导弹的内弹道问题,通过由多个燃气发生器组成的弹射动力系统,建立了水下发射的内弹道计算模型,介绍了可同时满足多种深度发射的内弹道仿真方法,进行了仿真计算。结果表明:在20～60 m的深度范围发射,可以通过调节3个燃气发生器的点火时序,得到18.9 m/s±3.4 m/s的出筒速度调节范围。由多燃气发生器组成的弹射动力系统是解决变深度发射导弹的有效途径。     

一种基于定容内弹道的自适应底座试验技术

自适应底座是导弹弹射过程中发射筒的主要承压及传载部件。全药量弹射动力装置的发射筒自适应底座试验花费较大的人力、物力与财力。因此,提出一种基于定容内弹道的自适应底座试验技术。该试验技术通过缩比初容室及燃气发生器组合,模拟发射装置冷弹射过程中初容室内弹道,进而测得自适应底座动态压力载荷。从理论分析及试验两方面获得定容内弹道曲线,并同真实弹射内弹道曲线进行对比,结果表明:两种曲线结构相近,模拟峰值偏差不大于5%,试验测得的自适应底座附加载荷正确,试验技术可行。基于定容内弹道的自适应底座试验技术成本低,操作步骤简便,可应用于气囊、尾罩等动态加载试验技术,具有较高的实用价值。     

不同障碍物对燃气弹射平滑压力效果对比分析

针对导弹燃气弹射压力双波峰冲击的问题,建立了含二次燃烧和尾罩运动的二维轴对称数值模型。在验证了模型真实性的基础上,以相似结构设置为对比基准,分析了3组障碍物设置对弹射内弹道流场的影响。结果表明:环形隔板与环形腔都能有效的延迟发生二次燃烧的时间,减弱二次燃烧的冲击,改善发射筒内的热环境。Angle=0°环形腔比等高环形隔板更能消除"双峰"现象,级减环形隔板比Angle=-2°环形腔平滑压力效果更好,Angle=2°环形腔比级增环形隔板更能减弱燃气对于筒底的压力,减小筒底烧蚀。     

同心筒发射燃气流二次燃烧数值研究及导流板结构改进

针对同心筒热发射燃气射流二次燃烧冲击效应问题,采用3阶精度的MUSCL格式求解11组分12步基元化学反应动力学模型,弹体运动运用域动分层网格更新方法,数值模拟了同心筒发射H₂/CO混合燃气流场。在燃气自由射流二次燃烧数值模拟结果与文献实验数据对比验证的基础上,分析了同心筒发射燃气流含化学反应的流动特点,以及在导弹出筒时筒口导流板结构对弹体的影响。数值结果表明：在筒外燃气与空气混合区域出现明显的二次燃烧,而在筒内二次燃烧几乎可以忽略;当弹底出筒后,从内外筒间隙排除的燃气、导弹尾部燃气射流和弹底之间相互干扰,形成反溅激波;反应流流场轴线温度高于冻结流和单一组分流流场轴线温度;导流板结构能明显降低弹体表面温度,其高度最优值在1.5倍内外筒间隙附近。研究结果对同心筒发射装置结构优化设计具有一定理论参考意义。     

燃烧轻气炮发射过程数值模拟与优化

针对常规火炮理论初速极限较低的问题,基于氢氧燃烧特性建立燃烧轻气炮的内弹道内模型。根据燃烧轻气炮原理得到影响燃烧轻气炮內弹道性能的参数,采用粒子群优化算法对发射装置结构和内弹道参数进行优化,使用Fluent耦合Chemkin的方法进一步验证了内弹道数值仿真优化结果。结果表明：优化后装置的初速略微下降,燃烧室的初始压力和最大膛压大幅度下降,研究结果在燃烧轻气炮初期研究阶段具有较高的参考价值。     

埋头弹随行装药内弹道性能的数值分析

为研究埋头弹火炮的更优性能,基于2次点火及火药程序燃烧控制技术,建立了埋头弹固体随行装药内弹道零维模型。针对某埋头式榴弹的试验结果进行了数值模拟,获得的初速、膛压变化规律与实测结果相吻合。在此基础上,数值分析了加载随行装药后多参数变化对埋头弹火炮内弹道性能的影响。结果表明,在最大膛压不变的条件下,随行装药可提高炮口初速6%; 随行装药量、燃速系数及点火延迟时间三者合理优化匹配,才能实现最佳的内弹道性能。     

横向过载对固体火箭发动机推进剂点火建压过程的影响

大过载下固体火箭燃烧与流动状态的剧烈变化会导致内弹道出现异常,严重时可能会引起发动机点火失败。为研究横向过载时点火内弹道特性,建立囊括流场惯性过载效应、过载燃烧效应和侵蚀燃烧效应的点火模型。对不同横向过载下燃烧室压力和侵蚀与过载效应燃速增速占比进行计算,并给出了推进剂火焰传播速度与升压速率的关系。结果表明：正向过载下压力峰值增加,负向过载下压力峰值降低;正向过载下,推进剂前段主要由过载效应影响,后段主要由侵蚀效应影响;正向过载加剧下游侵蚀效应,而负向过载对推进剂的燃烧起削弱作用,但程度较弱、持续时间较短;火焰传播速度峰值时刻、推进剂表面首次全部点燃时刻和升压速率峰值点时刻几乎一致,工程上可以用实验中获得的升压速率分析推进剂表面燃烧状况。     

子母弹抛撒内弹道建模及仿真

建立子母弹波纹管抛撒机构的抛撒内弹道数学模型,包括抛撒药燃烧、波纹管充气和各子弹运动的变化过程。利用数值计算方法计算该抛撒机构的内弹道性能,得到燃气压力、子弹速度和子弹加速度等性能曲线。仿真结果表明,抛撒结果与试验结果符合。     

液体发射药迫击炮内弹道燃烧稳定性

为研究液体发射药迫击炮内弹道特性,搭建60 mm液体发射药迫击炮瞬态测试系统,对其燃烧室压力变化与迫击炮弹初速进行测试。在试验基础上,基于非定常欧拉-拉格朗日模型和液体发射药蒸发-燃烧模型建立带燃烧反应的液体发射药迫击炮两相流计算模型,对内弹道过程中的反应流场进行模拟,分析复杂气相流场与液体发射药喷射燃烧间的耦合关系及压力振荡形成机理。结果表明：60 mm液体发射药迫击炮燃烧稳定性好,具有工程化潜力;数值模拟与试验结果吻合度较高,且可以复现压力振荡现象,计算模型具有合理性;液体发射药的喷射与燃烧均受燃烧室内气涡的影响;反射波引发的液体发射药集中燃烧使压力表现为一种振荡发展。     

具有二次加速功能的三药室发射装置实验研究

提高初速是身管武器技术永恒的研究主题。提出了一种具有二次加速功能的三药室发射装置工作原理,对其发射进行了实验研究。该装置特点是在身管上离主药室一定长度的水平位置,增加两个辅助药室,弹丸通过辅助药室入口处时,弹后高温、高压火药燃气点燃辅助药室装药,辅助装药燃烧产生的气体可减缓弹后空间压力下降,使弹底维持较高压力,达到弹丸二次增速目的。发射实验结果表明,该装置在不显著增加膛压的情况下,比单药室发射时平均初速提高15%左右,对工程防护终点弹道效应实验研究具有参考价值。     

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...