模具内流道结构对硝基胍发射药成型过程的影响

为研究发射药模具内流道结构对硝基胍发射药成型过程的影响,建立了11/7硝基胍发射药模具内流道模型,对以收缩角为30°,45°,60°,成型段长度为25,30,45 mm不同组合的9种方案进行了数值仿真,分析挤压过程中收缩角和成型段长度对剪切速率、压力、速度分布的影响。结果表明,收缩角对不同收缩段和成型段交界面以及近出口等截面的影响相似,都表现出靠近中心模针以及壁面附近处发射药药料剪切速率高于周围部分,截面压力分布均匀,药料流动速度分布呈现中间大两边小的特点;成型段长度对药料流动过程中剪切速率分布影响较大,成型段长度越小,剪切速率越容易发生突变,可能导致非稳态流动;同时确定较优的内流道参数方案为收缩角45°,成型段长度30 mm。     

19孔发射药挤出过程的数值模拟与模具优化

高黏度药料挤出成型19孔发射药过程会出现模针断裂和无法成型的现象。本研究采用有限元方法,模拟了药料的流动情况。分析了模具压缩比、成型段长度和针架结构对流道内压力场、速度场的影响,获得合理的模具结构。优化后模具压缩比为4.25,成型段长度为26.0mm,并优化针架结构,增加轴向流动的药料。结果显示,优化后流道内最大压力减小40.45%,模针所受最大径向合力减小37.45%,流道内最大径向分速度减小66.98%。优化后模具挤出的19孔发射药组成均匀,表面光滑,内孔分布良好。定容燃烧结果表明,该19孔发射药燃烧稳定,并具有优良的渐增性。     

基于药料膨胀和流动均匀性的单孔药模具设计

为分析模具结构参数对发射药成型尺寸及出口速度均匀性的影响规律,基于正交优化方法,采用POLYFLOW软件对单孔硝基胍发射药的挤出成型过程进行了模拟仿真。分析了入口线速度恒定条件下模具结构参数对发射药成型尺寸及出口速度均匀性影响程度的主次关系,在此基础上优化了单孔发射药挤出模具结构。研究结果显示:对药料成型膨胀影响最大的因素为模具收缩角,其次为成型段长度,再次为压缩段长度; 对出口速度分布均匀性影响最大的因素为模具收缩角,其次为压缩段长度,再次为成型段长度。基于最小膨胀率和最小出口速度极差对模具结构参数进行了优化,结果表明,优化后的药料出口速度均匀性得到提高。     

发射药药型结构对燃速测试结果的影响

为了研究药型结构对发射药燃速测试结果的影响,以高能硝胺发射药为研究对象,采用密闭爆发器燃烧实验和数据处理的分析方法,研究了4种药型及其不同内孔长径比发射药的燃速特性及其变化规律;采用中止燃烧实验研究了发射药内孔长径比对侵蚀燃烧的影响,并与太根发射药对比研究了燃速特性对侵蚀燃烧的影响关系。结果表明,多孔药的燃速压力指数明显小于单孔药,在内孔长径比相同的条件下,随着发射药内孔数量的增加,正比式燃速系数减小,燃速压力指数减小;在药型相同的条件下,随着内孔长径比增大,发射药侵蚀燃烧现象加剧,正比式燃速系数增大,燃速压力指数减小;燃速较高的发射药,侵蚀燃烧现象对燃速参数测试结果的影响更大。     

考虑壁面滑移修正的硝基胍发射药流道内数值模拟

壁面滑移是影响发射药压伸成型质量的重要因素之一。为了提高七孔硝基胍发射药压伸成型数值仿真的精确度,研究了发射药药料壁面滑移机理,建立了考虑壁面滑移修正的发射药流动的数学模型。采用有限元方法对七孔硝基胍发射药压伸成型工艺进行了数值模拟。对壁面考虑滑移与未考虑滑移时发射药流道内的压力场,速度场,收缩段与成型段交界处速度矢量分布情况进行了对比分析。通过发射药压伸试验进行了仿真验证。结果表明,壁面滑移降低了发射药成型压力,提高了发射药出口速率的均匀性,有利于发射药压伸成型。发射药实际尺寸与仿真尺寸误差均小于2.0%,其中,外径尺寸误差为0.59%,外弧误差为0.36%,内弧误差为1.80%,孔径误差为1.67%,中心孔径误差为1.72%,仿真工艺符合实际加工。     

成型工艺条件对混合酯硝胺药质量的影响

为研究成型工艺条件对混合酯硝胺发射药成型质量的影响,选用了标准的成型物料,分别进行了成型方式、螺压成型速度与成型模冷却水温、晾药温度等对成型质量影响的实验验证．试验结果表明,各项成型工艺条件对混合酯硝胺发射药的成型质量均有一定影响,只要成型工艺条件选择合理,就能确保混合酯硝胺发射药的成型质量满足设计要求．     

散粒体发射药床碰撞挤压过程三维数值模拟研究

发射药床的碰撞、挤压引起药粒破碎是导致膛炸的根本因素。首先用Monte Carlo模拟密实发射药床初始堆积结构,然后引入一种建立在非连续介质基础上,又区别于一般多体动力学方法的离散元法,来模拟密实的发射药床在膛内高压条件下的碰撞、挤压的动力学过程。详细介绍了离散元法计算程序核心——接触寻找算法,以及药粒的三维接触模型和计算参数的确定。首次解决了复杂条件下的单个药粒受力和运动无法描述的问题,为药粒的破碎数值模拟奠定重要基础。     

液体发射药迫击炮内弹道建模及性能分析

为了将液体发射药技术应用于迫击炮,针对液体药侧喷结构,在考虑迫击炮基本装药燃烧过程,并计及活塞气室气孔对燃气的节流作用的基础上,建立了再生式液体发射药迫击炮内弹道模型。数值模拟了液体发射药迫击炮内弹道过程,分析了活塞气室气孔、喷射启动压力、喷射孔面积、液体发射药装药量等结构参数对迫击炮内弹道性能的影响,结果表明:活塞气室导气孔面积、喷射孔面积对各腔室的压力及弹丸初速影响较大; 液体发射药装药量对初速提高有明显作用,通过匹配系统结构参数及装填条件,在不增大最大膛压的同时可有效提高初速。该文所建模型将为液体发射药迫击炮结构优化和样机研制提供理论参考。     

发射药燃速压力指数变化规律的研究

为深入研究含黑索今(RDX)类硝胺发射药的燃烧性能,采用密闭爆发器燃烧实验和分段数据处理分析方法,研究了3种含RDX硝胺发射药的燃速压力指数变化规律,并与传统的单基发射药进行了对比分析。实验结果表明,在0.2 g.cm-3装填密度的实验条件下,单基药的燃速压力指数在50~100 MPa压力范围内为0.869,在150~217 MPa压力范围内为0.926,随压力升高有增大的趋势;而RDX硝胺发射药的燃速压力指数在低压下较大,尤其是RGD和JMZ配方在50~100 MPa压力范围内都明显大于1,但随压力升高而明显变小,并达到小于1的水平。另外,多孔粒状药的燃速压力指数明显小于单孔管状药。     

多孔发射药冲击受力模拟仿真

为研究多孔发射药受冲击载荷的力学响应过程及几何参数变化对药粒力学性能的影响,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了七孔、十九孔发射药计算模型,模拟药粒在冲击载荷下的受力情况,然后建立单孔发射药模型,长径比为1:1、2:1的七孔、十九孔发射药和花边形七孔、十九孔发射药模型,研究孔数、长径比和外形对药粒应力的影响.结果表明,药粒被压缩后发生回弹,与落锤接触面的应力从圆心到边界逐渐增加,药粒中部发生膨胀;受孔处应力集中的影响,孔数的增加改变了端面应力分布连续性,和单孔药相比,七孔药的受力时间和最大压缩位移分别增长了3.39％和3.76％,十九孔药的受力时间和最大压缩位移分别增长了10.17％和15.05％;当孔数不变,长径比从1:1增加到2:1时,应力峰值减小而压缩位移峰值增大;花边形药粒比圆柱形药粒更易在花边凹陷处出现应力集中.对发射药应力响应过程及影响因素的研究为发射药力学性能研究提供了基础数据.     

颗粒模压发射药装药的点传火性能

以粒状高能硝胺发射药为基础药,经过表面钝感、包覆、模压处理,制备颗粒模压发射药。设计底部结构和传火管结构两种点传火结构方案,利用30 mm高压模拟火炮,研究颗粒模压发射药装药的点传火性能。结果表明,与底部结构相比,传火管结构将颗粒模压发射药装药的点火延迟时间缩短15.2%,膛内最大负压差降低8.41 MPa,装药床受到的最大挤压力减小11.93 MPa。传火管结构方案使颗粒模压发射药装药具有良好的点传火性能。     

多孔硝基胍发射药压伸数值仿真及验证

为研究硝基胍发射药配方和压伸工艺对挤出成型尺寸的影响问题,建立了不同配方硝基胍发射药压伸过程数学模型及边界条件,用有限元方法仿真计算,得到了不同配方条件下流动过程的剪切速率场、压力场以及速度场分布情况。结果表明,发射药实际外径尺寸(8.03 mm)与仿真尺寸(8.38 mm)基本一致,误差为4.36%,外弧厚误差为7.89%,内弧厚为3.10%,孔径误差为9.26%,中心孔径误差为5.36%,误差均小于10%。     

发射药动态力学性能的研究进展

介绍了落锤冲击试验、空气炮试验、分离式霍普金森压杆试验和动态挤压物理仿真试验等在发射药动态力学性能研究中的应用状况,综述了发射药动态力学性能的研究进展,认为发射药粒的损伤模型、低温脆性、发射药撞击弹底时的力学分析以及发射药冲击破碎的数值仿真需进一步研究。     

单螺杆机筒结构对发射药挤出过程影响研究

为提高产品质量与生产安全性,对某发射药单螺杆挤出成型过程进行分析。采用有限元方法分别对光滑 机筒单螺杆挤出机与开槽机筒单螺杆挤出机内发射药的挤出成型过程进行数值模拟,对比流场内的输送速度、最大 压力、混合指数和粘性热,分析不同机筒结构对输送效率、混合效果与安全性能的影响。结果表明：与光滑机筒单 螺杆挤出机相比,开槽机筒单螺杆挤出机的输送性能与混合效果更好;槽数为6,槽深为2～3 mm 的开槽机筒为最 优结构。     

四级渐扩型BLPG内弹道特性实验研究及数值模拟

以整装式液体发射药火炮(BLPG)为研究背景,设计了一种小口径四级渐扩型整装式液体发射药燃烧推进模拟装置,实验测得该装置药室内部的p-t曲线。在经典的液体炮内弹道数理模型基础上,构建了一种全新的四级渐扩型整装式液体发射药火炮三阶段内弹道模型,并得到了数值模拟结果。结果表明:药室内燃烧压力与时间的模拟值与实测值吻合较好,计算模型合理,可用于指导渐扩型整装式液体发射药火炮的内弹道设计。采用渐扩型的药室结构可以促进燃烧稳定性。     

含氟功能助剂对发射药燃烧性能的影响

为提高发射药表面防盐湿、耐高温性能的同时调控其燃烧性能,采用TiO2纳米粒子与含氟单体反应合成了TiO2-含氟丙烯酸酯功能助剂。功能助剂和太根双基推进剂药片共混制备了发射药颗粒,对其进行了密闭爆发器实验。研究了含氟功能助剂的含量、含氟量及粒径对发射药定容燃烧性能的影响。结果表明:随着十二氟功能助剂含量的降低,发射药燃速呈增大趋势。十二氟功能助剂使发射药燃速提高0.1~0.3 cm·s-1,三氟功能助剂使发射药燃速降低0.4~1.0 cm·s-1。在本实验条件下,粒径对改善发射药燃速效果不明显。为更好地调控发射药起始燃烧速度,需要综合考虑含氟功能助剂链段中含氟量与TiO2含量二者比例以及发射药聚集体的物理形态。