一种两相流点火模型及数值模拟

底排点火具对底排药剂点火的不一致性是引起底部排气弹射程散布的重要因素之一。为了研究导致点火不一致性的因素和揭示点火机理,分析了某155 mm底部排气弹出膛口后点火具对底排药柱二次点火的过程和特点。基于气体—颗粒两相射流理论,提出了一种两相流强化点火模型。该模型综合考虑了纯燃气与两相射流耦合过程,以及固体—气体或液体—气体两相流对固体底排药的热辐射、热对流和热传导复合传热机制。针对底排装置出膛口后的二次点火过程进行了数值模拟,计算得到了底排药剂软化时间和点火延迟时间,数值模拟结果与实验结果基本吻合。该模型对固体火药类似点火过程具有普适性。     

AP/HTPB底排药柱点火试验研究

采用点火瞬时性模拟试验装置和旋转中止燃烧试验装置实验研究了点火药为ZrH2 PbO2的GC－45点火具和点火药为Mg PTFE的改进型点火具对AP／HTPB底排药柱的点火。实验结果表明,前者存在点火延滞期长、燃烧侵蚀现象严重,以致造成射弹射程和密集度下降,因此建议采用以Mg PTFE为点火药的改进型点火具。     

底排装置工作不一致性对射程散布影响的研究

底部排气弹与传统制式弹相比的主要特点是射程远但散布大。影响其射程散布的重要因素之一就是底排装置工作的不一致性。通过建立底部排气弹底排装置内弹道和外弹道计算模型,基于独立随机假设理论,采用数值模拟方法,计算分析了由于点火具点火延迟时间、底排装置工作时间和底排药剂部分脱落造成质量偏差的不一致性对射程散布的影响。得到了平均单位点火延迟时间、底排装置工作时间和质量偏差引起的射程改变量。对于单位点火延迟时间引起的射程改变量630m与试验结果667m吻合较好,故在此基础上的计算模拟结果具有一定的工程应用参考价值。     

底排药柱点火燃烧特性研究

论文运用试验方法对底排药柱点火可靠性、点火烧蚀性及燃烧速度进行试验研究及计算分析，摸清了底排点火燃烧机理，为底排弹的内弹道计算与工程设计提供参考。     

底排点火具参数设计及其与底排药柱的匹配

介绍了点火具静止测时装置的设计思路，论述了点火具的主要技术指标－常温燃烧时间的控制以及提高其精度的途径；研究了点火具喷气孔径、装药量对底排弹弹道性能的影响以及点火具技术参数与底排药柱力学性能之间的匹配关系。     

底部排气装置快速降压过程中燃烧流动特性数值分析

为研究底部排气（简称底排）装置出炮口时发射药燃气流动特性和点火具瞬态燃烧特性,采用半密闭爆发器模拟底排弹出炮口时的快速降压过程,借助高速录像系统观测了近喷口喷焰羽流的发展行为,并以此验证数值模型的有效性。在试验基础上,采用高分辨率迎风格式AUSM⁺、两方程Realizable k-ε湍流模型和有限速率化学模型,建立了降压过程中发射药燃气与点火具燃烧射流相互作用的二维轴对称模型,并以基于内节点的有限体积法进行数值模拟,分析了底排装置降压过程中两股高温燃气射流的耦合特性。结果表明：底排装置降压过程中,喷焰羽流由超音速强欠膨胀射流逐渐转变为亚音速流动,波系结构经历马赫反射到规则反射的转变,形成周期性钻石型激波和菱形火焰串,最终变成连续火焰;喷焰羽流变成亚音速流动后,底排装置内点火具火焰下游处径向热对流和热扩散比上游更强烈,底排药柱下端温度最高,首先复燃。     

底部排气弹点火具特性对底排工作影响的分析

点火具是底排弹中一个起着特殊作用的部件,对底排弹的射程及散布有着不可忽视的影响.本文着重分析不同类型点火具,及不同质量点火剂,在目前底排弹试验中所带来的影响及其作用,试图寻求一种能增加射程,减少散布的方法。     

底排点火具在大气中燃烧火焰扩展特性

底部排气弹射程和纵向密集度与点火具的工作性能密切相关。采用高速录像系统和红外热像仪研究了大气环境中,镁/聚四氟乙烯(MT)(Mg/PTFE 45/55、Mg/PTFE 55/45、Mg/PTFE 61/39)、硝酸钡(Ba(NO_3)_2)和氢化锆/氧化铅(ZrH_2/PbO_2 40/60)五种点火药剂在不同点火具孔径(6.5,8mm)下的燃烧扩展特性,并测得七种点火具的火焰温度场分布。在实验基础上,以基于内节点的有限体积法对MT点火具的燃烧射流场进行三维数值模拟,分析了不同MT质量比和点火具孔径下点火具在大气中的燃烧特性参数分布规律。实验和数值结果表明:ZrH_2/PbO_2点火具会破坏底排推进剂的"平行层"燃烧规律;提出以点火面积有效因子表示推进剂点火面积的有效程度,并结合点燃时间综合评估点火具的点火性能,发现MT质量比为61∶39,孔径为8mm的点火具性能最优;点火具火焰最高温度区均位于喷孔的势流核上方;镁质量分数为0.45~0.61时,镁含量越小,MT点火具燃烧场中火焰温度越高,镁含量一定,点火具孔径为6.5,8mm时,较大孔径有较强烈燃烧场热对流,较高中心轴向温度,较大温度梯度。     

镁合金可燃内衬对底排药柱动态形变及燃烧稳定性的影响研究

为了解决复合底排药剂在发射过程中出现的药柱破碎、燃烧失稳等问题,提出了在底排药柱内腔直接加装一种具有短暂性结构保护和辅助燃烧作用的镁合金可燃内衬的防护、助燃措施。利用ABAQUS软件建立了底排药柱在极端工况条件下有、无可燃内衬时的发射过程有限元仿真分析模型,并进行了动态射击对比验证试验。仿真分析表明：可燃内衬能够有效防止底排药柱过度变形。动态射击对比验证试验结果表明：加装可燃内衬后,弹丸平均初速提高4.97 m/s;同时,底排药柱点火燃烧的一致性和稳定性均有所提高。     

底排点火药配方设计与性能测试研究

根据底排点火具的工作环境,利用热力学计算软件CEA2设计了5种点火药配方,测量了这5种配方的燃烧速度、火焰大小、燃烧温度、放热量,进行了半密闭爆发器实验,比较了几种配方的燃烧性能.结果表明:氧化剂含量在45%时,点火药燃烧时有较高的燃烧温度和放热量;以硝酸钾为氧化剂的配方燃烧时的火焰面积和放热量大于以硝酸钡为氧化剂的配方.适合于底排弹点火用的烟火药剂较优配方是:硝酸钾、镁粉、锆粉、氟橡胶的质量比为45:30:25.5.     

装药尺寸对高氯酸铵/端羟基聚丁二烯底排药烤燃特性的影响

为研究装药尺寸对高氯酸铵（AP）/端羟基聚丁二烯（HTPB）底排药烤燃响应特性的影响,基于AP/HTPB两步分解反应机理,建立底排药柱烤燃计算模型。分别选取装药长度为72 mm 和内孔直径为 43 ~53 mm、内孔直径为43 mm和装药长度为72~90 mm的圆环柱状底排药,在1.0~ 10.0 K/min加热速率下对某底排装置的烤燃特性进行数值模拟。结果表明：在相同加热速率和装药长度条件下,随着装药内孔直径的增大,底排药的烤燃响应时间缩短;当装药内孔直径不变,装药长度增加至90 mm,底排药的烤燃响应时间明显缩短;装药尺寸的变化对底排药的烤燃响应位置的影响较小;在1.0~2.5 K/min中速烤燃条件下,随着内孔直径和装药长度分别增大,底排药的烤燃响应温度逐渐增大;在5.0~10.0 K/min快速烤燃条件下,装药尺寸的变化对底排药的烤燃响应温度的影响较小。     

底排药剂燃烧速率影响因素试验研究

底排药剂燃烧速率的计算公式准确与否是关系到底排装置内弹道参数计算结果正确性的前提之一。但是，对于影响燃烧速率的一个重要因素，即弹丸的高速旋转对燃烧速率的影响规律问题至今还没有形成完全一致的认识。     

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...     

基于药柱变燃速燃烧的底排减阻增程方法

为了深入研究底部排气弹减阻增程的特性,进一步提高弹丸的射程。针对国内某155 mm底排弹,建立了不同燃速燃烧的底排药柱、变燃速燃烧的包覆药柱和药柱包覆层位置的变化三种情况下的燃烧模型,模型中引入了燃速改变系数,并通过数值计算分析了其对底排弹减阻和增程的影响。结果表明,当燃速改变系数从0.7增加到1.2时,底排工作时间减少27.08 s,射程减少1.16 km,增程率减少3.86%;变燃速燃烧的药柱在内层采用高燃速燃烧,外层采用低燃速燃烧的增程率可达32.33%;对药柱分层燃烧位置优化后,在距药柱内环约1/4处有最佳射程39.76 km。因此,可以通过寻求底排药柱最优的分层位置,采用变燃速燃烧的方法来改善底排弹减阻增程特性,且这种方法具有普遍适用性。     

底排推进剂瞬态泄压工况下燃烧流场特性的数值模拟

针对底排弹出炮口泄压瞬间燃烧失稳问题,建立了AP/HTPB底排推进剂燃烧流场的二维轴对称非稳态模型,通过数值模拟获取了底排模拟装置在瞬态泄压工况下的流场特性。结果表明: 在泄压过程中,燃烧室内压力、密度和温度沿轴向迅速下降,速度沿轴线迅速升高,且各流动参数的变化梯度逐渐减小;底排推进剂燃气的加入导致燃烧室内密度沿径向降低,而温度沿径向升高;燃烧室内压力随时间变化的计算值与实测值吻合较好。     

某复合增程弹底排船尾碎裂原因探析及对策

为探寻某复合增程弹底排船尾碎裂的原因,对回收弹体、底排船尾残骸及同批次弹体和回收的底排船尾的力学特性进行检测,复查试验用弹体和底排船尾的力学特性参数。对发射时底排药柱的受力情况进行分析,并建立药柱强度的计算方法。结果表明,底排船尾碎裂是由于底排药柱与船尾之间存在空隙,发射时出现受力不均而导致强度不足所致;通过填充柔性体可以解决。     

利用X光高速摄影研究底排药剂燃烧特性

底排药剂在高速旋转状态下的燃烧是一个极其复杂的物理，化学过程，采用普通光学高速摄影对其开展研究已无法实现，根据底排药剂燃烧过程的特点，介绍了一种利用闪光X光亮速摄影来研究底排药剂燃烧规律的新方法，并通过对实测X光胶片的处理，获得了新的燃速公式，能为底排弹的外弹道计算提供可靠的基础数据。