膨胀波枪炮发射性性能若干影响因素的研究

膨胀波枪炮利用延时打开膛尾的方法实现了在不降低弹丸初速的前提下大幅度减小枪炮后坐的目的。提出了膨胀波枪炮发射过程的四阶段物理模型,采用准一维准两相流理论建立了膨胀波枪炮发射过程的动力学模型,以14.5 mm膨胀波弹道枪为例,计算并分析了膛尾打开时间、装药量、药室容积、身管长度、弹丸质量以及尾喷管长度、张角等参数对膨胀波枪炮的减后坐效率、弹丸初速等发射性能的影响规律,并提出了一种崭新的利用调节开尾时间来控制膨胀波枪炮初速和射速的技术方案。     

基于红外区截法的高炮射弹初速测量技术研究

针对高炮初速闭环校射中炮弹初速测量的需要,研究了利用红外区截法实现高炮射弹初速实时随动测量技术。在炮口后效区设置两个相邻的光电靶,利用炮弹出炮口飞行时对红外线信号的遮挡效应,检测炮弹经过两个光电靶的时刻,经过解算得到射弹的炮口初速。经外场实弹射击试验证明,该技术可在后效区内实现射弹初速测量。     

惯性炮尾式膨胀波火炮膨胀波速度和行程计算仿真

膨胀波火炮利用弹丸在膛内运行到一定位置时提前开闩的方法,实现了在不降低弹丸初速的前提下大幅度减小火炮后坐力的目的。基于膨胀波火炮后喷装置的工作特性,对两种不同打开方式进行了讨论,着重对惯性炮尾式膨胀波火炮进行了物理模型和经典内弹道模型建立,并进行数值仿真。最后根据经验公式估算的惯性炮尾开闩行程,利用反推法计算了惯性炮尾式膨胀波火炮膨胀波在身管内的传播速度和行程,进而获得了惯性炮尾最佳打开时机和开闩行程。     

含动边界的膛口流场数值模拟

膛口流场是一种非定常、多相并带有强激波间断和剧烈化学反应的复杂流场.采用基于局部网格重构法的非结构动网格技术处理弹丸运动造成的网格变化,给出一系列按时间顺序排列的膛口流场数值计算结果,描述了复杂的膛口流场形成发展过程,实现了含运动弹丸的膛口流场的数值模拟.结果表明,在弹丸射出初期弹丸在影响膛口流场的同时,也受膛口流场的影响,速度增加,弹丸穿出冲击波后,出现弹头激波,速度减小.计算结果与实验结果相符合,表明数值计算方法是合理可行的.     

某型舰炮增加射程可行性分析

火炮射程是舰炮武器系统的重要战术性能指标,提高火炮射程可以有效提高舰炮的作战性能。在对某舰炮武器系统结构不做大的改动条件下,通过对比、分析与计算提出了通过提高弹丸初速来增加火炮射程的技术途径。分析了提高弹丸初速对火炮结构的影响,并提出了相应的解决方案。通过分析弹丸初速提高后对炮口动能和反后坐装置的影响,对弹丸初速提高后火炮结构的适应性进行了分析。分析结果可为该型舰炮的改造和设计研究提供参考。     

装药参数对水下机枪密封式膛口流场影响的数值分析

为了研究装药参数变化对水下机枪密封式发射膛口流场特性的影响,建立了水下机枪密封式发射的数学物理模型。运用流体力学计算软件Fluent,结合用户自定义函数和动网格技术,针对12.7 mm滑膛式机枪,分别采用15.5 g、13.0 g和11.0 g装药量对其水下密封式发射膛口流场进行了数值模拟。计算结果表明：不同装药量条件下,水下机枪密封式发射时,在弹头飞离膛口截面的过程中,水对弹前初始空气和弹头轴向运动的阻碍较大,导致弹头减速、火药燃气在弹后空间聚集、膛口燃气压力升高,而火药燃气形成射流后的喷射压力衰减遵循指数衰减规律;膛口射流形态受弹头速度和燃气喷射压力的耦合影响,均逐渐由梯形空腔转变为葫芦状空腔,且射流的轴向最大位移遵循指数衰减规律,马赫盘的初步形成时间也基本一致;随着弹头初速和燃气初始喷射压力的降低,火药燃气在射流头部聚集且径向扩展明显,并伴随形成二次射流,而弹底对马赫盘形状的影响时间缩短,激波核心区结构也更快地接近于正激波。因此可见,装药量对膛口流场分布的影响具有一定的规律性。     

弹丸测速装定技术

弹丸测速装定技术包括测定弹丸出口实际初速及向弹丸装定修正信息等.初速时测技术可通过炮口线圈测速、外推法、弹载传感器及地磁计转数法实现.信息装定技术则包含发射前电磁感应装定、发射中感应装定及发射后遥控装定.     

SICG驱动线圈间距对弹丸初速的影响

为了分析同步感应线圈炮(SICG)驱动线圈间距对弹丸初速的影响,建立了SICG系统的数学模型,以一个3级系统为例进行了仿真分析,获得了不同驱动线圈间距情况下弹丸所受3级驱动线圈推力及弹丸初速的曲线.分析结果表明,随着驱动线圈间距的增大,弹丸初速先减小后逐渐增大;当驱动线圈间距增大到一定数值时,弹丸初速增幅逐渐减小直至趋...     

小口径步枪弹头后效期运动特性试验与数值研究

开展弹头在膛口流场运动特性的研究,在准确理解膛口气流对弹头作用以及提高武器射击精度方面都具有重要意义。以某发5.8 mm口径步枪弹为例,提出了结合高速摄影与阴影照相法,对弹头在膛口流场运动特性进行了试验研究。以试验测试膛压数据为依据,运用耦合内弹道的计算流体力学方法研究弹头在膛口流场中的受力和运动规律。试验结果表明,采用所设计的试验方案可以捕捉到后效期清晰的流场变化和弹头运动。数值计算研究发现：弹头在膛口流场中的运动并非全程加速,冠状气团和火药核心射流的作用是弹头速度变化的主要原因;在轴向力转变时刻,弹头底部仍存在弹底激波。     

膨胀波火炮后喷装置流场性能分析

根据膨胀波火炮的工作原理,采用“隔离体”方法分别对系统的后喷装置和发射装置进行单独建模。利用Fluent软件的自定义功能将内弹道程序嵌入到Fluent中进行耦合计算,准确地描述了计及后喷装置动态打开过程的内弹道过程。通过对不同类型的后喷装置流场的计算分析和性能对比,为膨胀波火炮后喷装置结构设计和性能优化提供了理论参考。     

磁阻线圈型电磁发射器的动态仿真与实验

运用有限元分析软件Ansoft10对磁阻线圈型电磁发射器工作过程进行了数值仿真,分析了发射过程中的弹丸受力分布情况,并利用磁阻线圈型电磁发射器实验平台开展了发射实验研究;实验结果和仿真结果有较好的符合程度,得出以下结论：合理采用炮管材料可以实现发射过程的电磁屏蔽;弹丸在炮管中运动时,受力均匀,弹丸可以稳定地被加速;在一定范围内增大电源电压,弹丸速度会明显增大;线圈发射过程中出现了反向电压,尤其当弹丸速度较大时,电流波形出现明显下滑。     

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。     

烧蚀磨损对某大口径自行加榴炮动态响应的影响

为提高大口径自行加榴炮身管寿命和射击精度等总体关键性能指标,以反后坐装置全对称布置且混合膛线的某大口径自行加榴炮为例,研究了火炮身管烧蚀磨损对火炮动态响应的影响.在对内膛测径数据分析的基础上提出了烧蚀身管建模方法.建立了不同烧蚀状态身管有限元模型,在此基础上进行了数值仿真,得到了膛内时期火炮的动态响应,以及膛内时期弹丸...     

高速弹丸穿越不同制退器时的膛口流场波系结构研究

基于二维非定常Euler方程,结合高精度Roe格式及结构化动网格技术,对弹丸从膛底飞离不同膛口装置过程中膛口流场的发展过程进行了数值模拟。数值计算结果清晰地揭示了光膛口以及分别加装开腔式和多孔制退器后膛口流场的不同波系结构,同时计算纹影图清楚地显示了其与弹丸相互作用及演变过程。计算结果与本课题组先前相关试验阴影照片相符。另外,根据数值流场结果,详细探讨了制退器降低后坐冲量的机理与膛口周围超压区域的分布,为制退器改进设计提供重要参考。     

一级气体炮内弹道方程修正及验证

为了使理论计算结果更为准确可靠,对一级气体炮内弹道经典方程进行修正。分析了一级气体炮内弹道经典方程存在的问题及原因,指出气室容积不能忽略。提出了气体密度新的表达方式,并根据质量守恒方程、气流动量方程、弹丸运动方程、气体绝热膨胀方程和理想气体状态方程等,联立推导出一级气体炮内弹道修正方程。将修正方程、经典方程计算结果与内弹道流体数值仿真结果进行对比,结果表明:在容积比较小的情况下三者的偏差很小; 但随着容积比的增大,经典方程计算结果偏离修正方程和数值仿真计算结果; 经典方程仅适用于容积比较小的情况; 而修正方程的适用范围不受容积比大小限制,验证了修正方程的正确性和适用性。     

基于多块结构重叠网格的电磁轨道发射器动态发射过程流场分析

为了研究电磁轨道发射器动态发射过程流场,采用多块结构重叠网格方法、六自由度运动模型和Java程序,建立了高超声速弹丸二维运动瞬态模型。以双椭球模型为研究对象,验证了所提出非定常计算方法和重叠网格数据交互可靠性。对电磁轨道发射器4种不同运动工况下弹丸动态发射过程流场进行了数值模拟。研究结果表明：电磁轨道发射器动态发射过程是含复杂激波系流场,涉及弹前激波、移动球心球形激波、冠状激波共同作用;弹前激波出膛口到弹体尾部出膛口过程中,弹体头部中点压力分布呈现“对称性”,阻力系数分布和弹体头部中点压力分布具有相关性,弹前激波出膛口后呈现先减小、后增大“弱对称性”,弹体尾部出膛口时达到峰值;弹丸在空气域运动时,近壁面压力监测点反射后峰值会超过初始监测点压力峰值,距离弹轴距离越远,反射周期越小,监测点峰值压力衰减越慢。     

基于CFD的转管机枪助旋制退器流场超压仿真及对弹丸初速影响分析

为了研究转管机枪助旋制退装置流场超压特性及对弹丸速度的影响,运用经典内弹道方程求解流场边界条件,采用计算流体力学中的非粘性、非定常可压缩气体流动方程和动网格技术,对有、无膛口旋转制退装置的膛口流场进行了数值仿真,对弹丸的增速规律进行了计算。对2种情况的仿真结果进行了分析对比,结果表明:有助旋制退装置时膛口流场最大超压值增加约2倍,弹丸速度增加3.61 m/s。     

炮口阻拦装置设计与脱壳过程数值模拟

为了实现弹托与弹丸在炮口处的快速分离,设计了一种平衡炮炮口阻拦装置,该装置采用了剪切螺栓和阻拦环的方式,有效避免弹托冲击对阻拦装置和炮管造成的损坏。应用该装置进行了320 mm平衡炮低速加载试验,并利用Autodyn软件对脱壳过程进行数值模拟研究。数值模拟与试验结果的对比分析,验证了数值模拟的准确性。探讨了该炮口阻拦装置用于弹托分离试验的可行性,采用该软件模拟了不同初始速度下炮口阻拦装置的工作性能。结果表明:当速度为100～150 m/s时,弹托分离效果较好; 该炮口阻拦装置设计合理,弹托分离效果理想; 可根据初速设计合理的阻拦装置,为相关研究提供理论参考。     

炮口初速测量校准与修正方法

弹丸炮口初速与实际炮口初速存在差异,此误差影响火炮的射击精度,因此有必要对弹丸的炮口初速进行测量校准并修正。对影响多功能炮口装置测速精度的因素进行了研究,得出自动机后坐速度对初速测量引入误差较大,据此提出一种炮口初速测量校准与修正系统方案来对多功能炮口测速装置进行测量校准与修正。最后,对实验数据进行分析,证明了该方法的正确性和可行性。     

弹丸初速膛口激光实时测量系统研究

了利用激光与光纤技术的弹丸初速膛口实时测量系统；创造性地设计了安装于炮口的光强度调制器；研究了能克服火药气体的光学污染和炮口各元件耐高温、高太及抗强冲击等关键技术问题，得到了有价值的实验数据，为系统的工程化打下了良好的基础。