底火两相射流在传火管内传播过程的一维模型及数值模拟

底火射流在传火管内的传播过程是中心传火管及传火装药设计的主要依据。建立了底火药剂燃烧模型以及底火射流在传火管内传播的一维两相流模型,在使用四阶龙格-库塔法求解底火药剂的击发和燃烧过程的基础上,采用两步分量型CTVD格式对底火两相射流在传火管内的传播过程进行数值求解。得到了传火管内不同位置上射流的压力、两相速度以及空隙率等参量的变化规律。结果表明,底火射流在传火管内传播时,头部存在较强的压力波,气相速度大于固相速度; 当压力波在端面反射并作用在后续固相颗粒时,造成颗粒的加速燃烧; 当射流中的颗粒运动到右边界后,颗粒的堆积燃烧造成了反向的压力梯度,传火管内气相出现较大反向运动速度。     

某金属传火管不同装药对点传火性能的影响研究

针对某大口径火炮设计了中心金属传火管,在点传火模拟试验装置上进行了该金属传火管的点传火试验。通过对比分析传火管管内压力、火焰传播速度、破孔时间差以及点传火时间等参数的变化情况,对影响金属传火管点火性能的点火药种类和装药量两个因素进行对比分析。结果表明与大粒黑和小粒黑相比,当点火药为苯萘药条时更有利于提高药床的透气性,能够明显提高火焰的传播速度,缩短破孔时间和点传火时间,且随着苯萘药条药量的增加,火焰传播速度、点火能量也随之增加,具有更为良好的点传火性能,该结论可以为下阶段工程化应用提供设计依据。     

基于多孔介质模型的点火火焰在发射药颗粒床中的传播特性

为了研究中心传火管点传火结构下点火药燃烧后产生的火焰在发射药药粒填充床中的传播特性,使用多孔介质模型模拟发射药药室颗粒填充床,并采用N-S方程模型对点火药燃烧产生的高温高速气体在发射药颗粒床中的流动传播过程进行数值仿真计算,并以温度场的等温面传播等效于火焰阵面传播,仿真数据与试验数据进行对比。结果表明,在密实装药床下,点火火焰传播过程中,以等温面等效于火焰阵面,火焰传播速度的仿真计算值为91 m·s^-1,与试验测得96 m·s^-1较为接近;仿真得到的高温火焰气体传播的温度场云图与试验拍摄的火焰传播图像具有较好的一致性;采用多孔介质模型计算所得的膛内3处测压孔的压力数据与试验测得的压力数据吻合度较高。     

快速点火技术应用研究

为解决传统点传火方式作用时间长、燃速低、点火不均匀等问题,对A、B两种结构传火管进行压力——时间测试,分析对比了配用于爆炸网络点火技术的A型传火管、配用于LVD中心点火技术的B型传火管与普通传火管的点传火性能。试验结果表明：采用快速点传火技术的传火管传火速度大大提高,点火压力增大,点火后燃烧稳定。其中爆炸网络A型传火管的传火速度是普通A型的近40倍,平均点火压力峰值是普通A型的2倍;LVDB型传火管传火速度是普通B型的4-5倍,平均点火压力峰值增长十几兆帕。此外,分析了LVD中心点火技术与爆炸网络点火技术的特点及应用前景。     

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。     

LVD中心传火管与常规中心传火管的传火性能比较

通过高速摄影和压力——时间曲线的测试比较了LVD中心传火管和常规中心传火管的传火性能。研究表明。LVD中心传火管与常规中心传火管相比较有比较高的传火一致性和传火速度。在不同装药条件下其燃烧波宽度在3～4ms左右,传火压力在30～40MPa左右,平均传火速度在350～1800m／s之间。     

低速爆轰中心传火管的传火特性

利用数值模拟和实验，对以低爆轰管（ＬＶＤ管）为传火载体的中心传火管与普通中心传火管进行了传火性能比较。证明了ＬＶＤ中心传火管具有良好的轴向点火一致性。     

甲烷-氢气-空气预混合气燃烧特性研究

在定容燃烧弹内进行了甲烷-氢气-空气混合气燃烧试验,采集燃烧压力数据和火焰扩散图片,讨论不同的初始温度、初始压力、燃空当量比、掺氢比对甲烷-氢气-空气混合气的最大燃烧压力、最大压力升高率、燃烧速率和燃烧稳定性的影响.结果表明:混合气在较高初始温度和较低初始压力下,燃烧速率相对较大;随着混合气中氢气比例增加,最大燃烧压力值增大,其出现时刻提前,火焰半径明显增大且出现褶皱,火焰传播稳定性降低.     

稀释率与温度耦合作用对天然气预混燃烧等量影响研究

基于定容燃烧弹,利用球形发展火焰和纹影法研究了在初始压力0.3 MPa、当量比1.0条件下,不同初始温度、稀释率时的天然气预混燃烧等量影响关系。分析了拉伸火焰传播速度、无拉伸火焰传播速度、马克斯坦长度、层流燃烧速率及NO_x排放变化规律。结果表明：在拉伸火焰传播速度相近组别的工况点,无拉伸火焰传播速度、火焰发展期、燃烧持续期近乎相同,但层流燃烧速率存在较大的差异;在稀释率较小阶段,无拉伸火焰传播速度和层流燃烧速率受稀释率影响比受初始温度影响更大。进一步研究发现：温度差50 K与稀释率差2%具有一定等量影响效果;相近拉伸火焰传播速度组别的边界条件下,相比更小初始温度与稀释率工况点,更高初始温度与稀释率工况点的NO_x排放量更低。     

传火管的稳健性设计

研究了传火管的稳健性设计问题,采用动态特性、单因素优化技术和L9(34)正交表研究点火药剂的燃烧特性;采用静态望小特性和L18(21×37)正交表研究点火压力的稳定性问题。通过研究,找到了影响传火管点火压力的关键因素,确定了点火药装药长度与燃烧时间的线性关系式为t=0．003M。     

密实装药床中点火火焰传播特性的实验与数值研究

以某火炮密实装药为背景,为了研究在中心点传火结构下装药床中点火火焰的传播特性,设计并使用了可视化半密闭爆发器式模拟实验装置。考虑到实验安全性,装置中以尼龙假药粒床来替代真实发射药,通过高速摄影系统拍摄了装药床中点火火焰的传播过程。实验结果表明,点火火焰在前期主要体现为径向传播,直至火焰气体受到药室壁面的约束,径向传播减弱而轴向扩展成为主要特征。基于实验,结合多孔介质模型建立了装药床中点火燃气流的二维轴对称传播模型,并利用FLUENT软件对点火火焰的流动过程进行了数值模拟。将气体高温面等效为火焰面,数值计算得到的气相温度场云图与实验拍摄的火焰图像对比基本吻合,火焰轴向位移的数值结果与实验结果相差不超过7.14%,并由数值计算的火焰位移曲线得出装药床中火焰轴向传播的平均速度为14.1 m/s。     

铝粉燃烧诱导激波现象的数值模拟与实验研究

以数值模拟和实验对悬浮铝粉中火焰诱导激波现象进行了研究。基于双流体模型，分别采用ＴＶＤ格式和ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ格式计算气相和颗粒相流场，采用阵面跟踪法处理火焰间断，对火焰诱导激波现象进行了数值模拟。实验在大型卧式燃烧管中进行，得到了火焰传播过程中流场参数的变化规律及压缩波向激波的转换过程。数值计算结果与实验结果相吻合，揭示了燃烧诱导激波现象的内在规律。     

一种确定点火器参数的新方法

通过小型点火器试验对不同喷喉,燃面比条件下某装药的燃烧速度与燃烧压力进行了测定,确立了它们与喷喉燃面比之间的关系,依据这些关系确定了某大型点火器的两个重要参灵敏（装药及喷喉尺寸）。大型点火器试验结果表明,小型点火器试验得到的关系能够确定大型点火器参数。     

大口径长药室平衡炮发射装药多点点火特性

针对大口径长药室平衡炮内药量大,轴向点传火距离长,点传火条件复杂等问题,对设计的多点点传火结构建立了两相流计算模型。控制点火位置发火的数目,得到了几种传火管内的火药流动过程和燃气释放规律。对同一规格的传火管在相同装药量下,分别采用单点点火、两点点火及多点点火三种方式点火,对所得到的点传火时间、点传火压力及空隙率等反应点传火特性的特征量进行了对比。结合大口径平衡炮多点点火试验结果,验证了多点点火技术的计算结果。结果表明,单点点火和两点点火在3.3 ms左右仍有火药仍未点燃并出现明显堆积现象,而多点点火在2.43 ms时火药已经接近全部燃完,且各特征量分布较为均匀。为此,在大口径长药室平衡炮以及其它一些装药量大的大口径火炮中采用多点点火技术可以有效改善传火时间,增加点传火安全性,抑制火药堆积。     

旋转爆震发动机工作特性试验研究

为研究旋转爆震发动机的工作特性,在以H_2/air为推进剂的发动机模型上进行试验,利用离子探针和高频压力传感器分别采集火焰信号和压力信号,改变空气质量流量,分析并对比了高、低质量流量下发动机的点火、稳定传播及熄火过程中火焰和压力波的变化情况。结果表明:火焰与压力波的主频相同,是耦合传播的,传播速度可达1 660 m/s;对于低质量流量(75.37 g/s),靠近燃烧室入口的离子探针的离子信号峰值大于远离燃烧室入口的离子信号峰值;对于高质量流量(102.125 g/s),远离燃烧室入口的离子探针的离子信号峰值大于较近点的离子信号峰值;新鲜反应物填充对靠近燃烧室入口的点的作用时间长于较远的点;压力信号瞬时频率的相对标准差小于火焰信号;小流量的点火时间短于大流量;切断H_2供给后火焰比压力波更早熄灭。     

水下爆炸实验法在工业炸药JWL状态方程测定中的应用研究

为了方便可靠地测定工业炸药爆轰产物的JWL状态方程,基于压导式连续电阻丝探针设计柱形装药的水下爆炸斜冲击波测量系统,对工业改性铵油炸药(ANFO)进行3组水下爆炸实验,获得其爆轰波-冲击波时程曲线;通过对二维定常流场柱形装药水下爆炸的分析,得到斜冲击波阵面的轨迹,并求解出炸药的爆压、绝热指数、水气界面夹角等参数。以水中斜冲击波阵面和水气界面夹角的实验和模拟结果作为比较对象,通过调整Autodyn有限元分析程序中的JWL方程参数,最终测定出ANFO的JWL状态方程参数。模拟结果与实验结果一致性好,其中斜冲击波波阵面的误差均小于±5%,水气界面夹角的误差在±3%以内,表明所述水下爆炸实验对于大尺度工业炸药的JWL方程参数测定合理可靠。     

底排点火具在高降压速率下瞬态燃烧特性的实验研究

为了研究底排点火具在弹丸出炮口时瞬态燃烧特性及工作性能,采用半密闭爆发器模拟炮口压力突降过程,借助高速录像系统,开展了高降压速率条件下底排点火具燃烧特性的实验研究。结果表明,在高速降压过程中,底排点火具燃烧受到强烈瞬态扰动。不同药剂的点火具抗干扰性能不同,其中以硝酸钡为药剂主成分的点火具和以镁粉 PTFE为药剂主成分的点火具燃烧性能稳定,以氢化锆、二氧化铅为药剂主成分的点火具工作稳定性较差,火焰持续时间标准差为523 m s,点火具喷孔堵塞严重。