二级轻气炮内弹道过程数学建模及数值仿真

根据二级轻气炮的发射特点,采用经典内弹道模型描述药室里火药燃烧状况和活塞运动,同时采用一维非定常可压缩流动模型描述轻气室里的气体流动状态和弹丸运动,并通过活塞的运动状态将两者耦合,从而建立起二级轻气炮发射过程的内弹道数学模型;以某30 mm／120 mm轻气炮为基本计算模型,运用四阶Runge-Kutta法求解药室方程,运用二阶MacCormack格式求解轻气室方程,通过两部分的交替计算,实现二级轻气炮内弹道过程的数值仿真,为二级轻气炮的参数设计和发射性能的提高提供了理论依据。     

结构与装填条件对二级轻气炮发射性能的影响

通过建立数学模型,运用数值计算方法进行求解,实现了二级轻气炮发射过程的理论计算,并以25 mm/100 mm二级轻气炮为基本模型,计算了其在多种不同结构参数和装填条件下的一系列发射过程.通过对大量计算数据进行系统分析,总结出结构参数和装填条件对二级轻气炮发射性能的影响规律,并根据这些规律,给出了一些提高二级轻气炮发射性能的建议.     

燃烧轻气炮氢氧燃烧特性详细反应动力学模拟

应用氢氧燃烧19步详细化学反应机理,建立了某燃烧轻气炮氢氧燃烧单区模型,数值模拟了氢氧混合气体燃烧发射弹丸的过程。模拟结果与文献［1］实验结果基本吻合,较好地模拟了某燃烧轻气炮氢氧燃烧热力学过程。在此基础上,对多种工况参数下的氢氧混合气体燃烧进行了系统仿真计算,分别讨论了初始温度、初始压力、稀释气体成分与比例对燃烧轻气炮氢氧燃烧特性以及内弹道性能的影响,分析了氢氧燃烧过程中各化学组分的变化。研究结果表明,氢氧混合气体初始温度、初始压力和稀释气体成分与比例对燃烧轻气炮内弹道性能有着显著影响。     

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。     

新型气体驱动二级轻气炮研制

二级轻气炮是超高速弹丸驱动技术中使用最广泛的技术之一.本文介绍了为超高速碰撞研究而研制的新型高压气体驱动二级轻气炮.该气炮利用已经运行的单级压缩气炮作为首级驱动,加装可拆卸二级发射装置组成.原单级压缩气炮的功能得以完整保留.本文的工作是围绕如何提高能量利用效率、减小二级发射冲击力、降低实验成本和提高效率等几个方面开展的.目前该炮首级用20MPa氮气、泵管用0.1MPa氢气驱动,已将0.7g弹丸加速到7.2km/s.     

基于频域干涉的小口径长身管内径测量系统

二级轻气炮发射管内膛加工质量对动高压物理冲击加载实验数据的准确度有着重要影响。基于全光纤频域干涉测距技术研制的内径测量系统,可精确测量小口径、大长径比二级轻气炮管内径。该系统采用微型光纤探头作为频域干涉测距传感器,能对管内膛被测点坐标进行精密测量,经椭圆方程拟合后可准确获得待测截面内径。对长度为7 400 mm的28 mm型二级轻气炮炮管通体内径进行了测量,结果表明：在入口处、出口处与三点式内径千分尺测量结果的极差仅为0.014 mm.     

抗侵彻过载战斗部装药安定性实验研究

以钻地战斗部装药安定性研究为背景,在130 mm轻气炮上进行模拟装药实验,采用逆弹道实验方法;混凝土靶撞击缩比弹;PVDF传感器测试模拟装药中的应力波;结合数值计算结果初步评测缩比弹装药安定性。再采用简易平衡炮为发射载体,进行大尺寸弹丸真实装药侵彻安定性实验,证明装药安定。     

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。     

燃烧轻气炮发射药成分对内弹道性能的影响分析

为分析不同发射药成分对燃烧轻气炮内弹道性能的影响,通过计算流体力学方法对燃烧轻气炮燃烧室的三维氢燃烧流场进行数值模拟,湍流模型采用RNGk-ε双方程模型,氢气燃烧采用EDM涡耗散模型模拟.结果表明,在发射药中加入适当含量的稀释气体能够有效地控制发射药的燃烧,减小燃烧室内压力振荡,降低燃烧室平均温度;采用氢气发射药比甲烷气体具有更好的内弹道性能;发射药成分对燃烧轻气炮内弹道性能有显著影响.     

发射药膛内动态燃速规律研究

通过３０ｍｍ高压滑膛模拟炮实验，采用压电测试系统与微波干涉系统同步测试膛内的燃气压力变化过程与弹丸运动变容过程，并经过内弹道方程的推导，对发射药在火炮膛内变容条件下的动态燃速规律进行了探索性研究。     

再生式液体发射药枪设计与弹道计算

介绍了１２．７ｍｍ再生式液体发射药枪的设计，给出了贮液室与燃烧室实测压力曲线，提出了包括活塞运动与液体喷射之间耦合关系及贮液室内液体惯性的内弹道计算模型。     

Modeling and Simulation of Aerial Dispersion on Piston Dispersal Mechanism

For the aerial dispersing interior ballistic process and submunition exterior ballistic initial conditions of cluster munition with piston maximum travel limit, a novel model is established, and the numerical simulation is performed. The piston maximum travel limit and the effect of reaction force on carrier body are researched using the internal ballistic model. Guide tube, cluster munition rotating and submunition assembly are analyzed using the submunition initial external ballistic model. The computational results are consistent with the practical process and the experimental data, and prove the rationality of this model. The theoretical methods are presented for the construction design and dispersion analysis of piston dispersal mechanism.     

37mm液体药火炮液体喷射过程的模拟和计算

以37mm再生式液体药火炮为对象,直接从贮液室动量方程出发,并考虑活塞与液体喷射间耦合作用及液体惯性的影响,导出了一适用的新型喷射模型.并对37mm火炮内弹道过程和喷射过程进行了模拟计算,结果表明液体喷射过程具有稳态喷射和非稳态喷射的特征.     

再生式液体发射药火炮中内弹道参量时空分布的数值解析

利用建立的再生式液体发射药火炮两维多相流数值模型，以３７ｍｍ液体发射药火泡为对象，对其内弹道参量的时空分布规律进行了数值解析，并与相关实验结果进行了比较分析。首次给出了再生式液体发射药火泡中液注扩展，气相速度、气相压力和气相温度的时空分布规律，深入揭示了内弹道过程的发展特征。     

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.