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。     

基于应变测试系统的二级轻气炮活塞运动测量

为了研究活塞在二级轻气炮泵管中的运动过程,利用应变测量技术对活塞运动规律进行测量研究。通过对57 mm/10 mm二级轻气炮泵管外壁按一定距离布设应变片测点,对轻气炮发射过程中的活塞运动导致泵管环向应变进行监视测量,直接得到典型实验条件下活塞运动过程中的内弹道压力变化,并通过推导得到活塞运动时程及位移与弹底压力的关系。结果表明：实验得到的活塞速度、位移之间关系与相关理论计算结果吻合良好,验证了该方法研究活塞在轻气炮内弹道运动规律的可行性,为优化轻气炮内弹道程序参数和提高二级轻气炮的发射性能提供实验支持。     

电热轻气-化学发射技术

在比较了电热化学与电热轻气发射的各自优缺点、剖析了化学火炮发射技术的理论极限之后,介绍了电热轻气化学发射新概念,本文探讨了这一新发射技术可能采用的一维数学模型,最后还将12．7mm电热轻气炮的试验结果与同口径的电热轻气一化学发射的计算结果作了比较．     

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.     

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。     

燃烧轻气炮发射药密闭燃烧过程数值模拟

针对燃烧轻气炮密闭空间轻质可燃气体燃烧控制问题,建立了燃烧室氢氧预混气体湍流反应流动模型,湍流模型采用标准k-ε双方程模型,氢氧燃烧采用EDM涡耗散模型。通过CFD方法对氢氧燃烧过程进行了数值模拟,获得了燃烧室内压力、温度及气体组分的时空分布变化过程,分析了不同装填条件对氢氧燃烧过程的影响规律。研究结果对燃烧轻气炮氢氧预混气体燃烧过程控制具有指导意义。     

内弹道过程中气体工质做功能力计算分析

计算分析了3种假设条件下不同气体工质的极限速度,理论推导真空中气体工质自由膨胀所获极限速度的关系式,建立了三维非定常条件下35 mm等截面轻气炮数学模型,采用ANSYS-CFX软件对不同气体工质所获弹丸初速进行模拟计算,对比了不同比例的氢氦混合气体对轻气炮弹丸初速的影响.结果表明:氢气是做功能力最强的气体工质,并且氦气在发射小质量弹丸时具有显著优势.     

一级气体炮发射开启特性分析及试验测试验证

为了研究一级气体炮内弹道发射开启特性,考虑内腔室各联通状态,建立了基于结构参数的内弹道和开启特性的描述方程,仿真分析了一级气体炮自励式开启特性,获得了高压气室、排气室、阻尼腔、缓冲腔和弹后腔的开启过程中位移时间瞬态特性,弹体发射加速规律,明确了弹体发射自励式开启阀的开启条件,并构建了口径为50 mm的一级气体炮发射平台,测试结果表明：试验结果相对于仿真计算最大偏差小于3%,验证了基于内腔室结构参数的描述方程的适应性和准确性,为基于发射参数设计气体炮内腔室各结构参数提供了可靠的数理描述方程。     

某RDX基含Al炸药发射安全性

用400 kg大型落锤实验和一级轻气炮实验研究了某RDX基含Al炸药(R-Al炸药)的发射安全性,获得了炸药装药在两种实验条件下的应力-时间曲线。进行了R-Al炸药与铸装B炸药发射安全性的比较。结果表明:R-Al炸药在大型落锤加载应力1.47 GPa、加载时间3.04 ms及一级轻气炮加载应力660 MPa、加载时间41μs条件下未发生点火;铸装B炸药在大型落锤加载应力840 MPa,加载时间2.10 ms及一级轻气炮加载应力394 MPa、加载时间40μs条件下发生点火,显示R-Al炸药的发射安全性优于铸装B炸药。     

车载炮底盘载荷分离设计技术

发射载荷的传递控制是车载炮轻量化高机动设计的关键,一直是火炮研究领域的热点问题。为了控制发射载荷的传递,依据车载炮的构型特点,提出了发射载荷作用下底盘的载荷分离设计技术,构建了发射载荷分离满足的约束条件;基于车载炮的拓扑结构,建立了车载炮发射的动力学模型,给出了边界条件、放列协调条件和约束条件;通过对比车载炮发射过程关键部件的受力和响应的计算结果和试验测试结果,验证了所建立模型的正确性;不同支撑结构条件下轮胎受力以及射击稳定性分析结果表明：车载炮的载荷分离设计不仅可免除车载炮发射载荷对底盘轮桥系统的影响,为车载炮具有与底盘相同的可靠性提供了保障;此外,载荷分离设计对车载炮性能提升也有很好的作用,由此验证了载荷分离分析原理的有效性,可实现车与炮功能上的一体化、性能上的解耦设计。车载炮载荷分离设计实现了轻质底盘承受发射强冲击载荷的功能,是远程火炮高机动发射的理想方法。     

几种超高速射弹发射技术可行性的探索研究

从获得超高速原理角度出发，对可能获得超高速射弹的几种发射技术进行了探讨，涉及及随行装药、电热化学炮、电热炮及电磁炮等。并以基础工业水平和陆基发射使用条件为根据，对发展这些超高速发射技术的可行性、宏观目标和研究时序进行了论证。     

多管火箭武器系统舰面配置对策

采用舰载多管火箭武器动力学仿真的方法，以减小火箭弹初始扰动与定向器振动为决策目标，对武器系统装在舰船各部位时的发射过程进行了数字仿真，获得了比较有益的数据，从而给出了火箭武器系统的舰面配置对策。     

不同载荷形式下石灰岩冲击特性的比较和讨论

利用一级轻气炮对石灰岩和围压作用石灰岩靶板进行冲击压缩试验,测得不同冲击速度下的应力-时间信号曲线。通过Lagrange分析方法对应力-时间曲线进行处理,得到了流场中各力学量沿时-空的分布规律,进而得到了材料的应力-应变试验曲线。在试验研究和Lagrange分析的基础上,分析了石灰岩和围压作用石灰岩的动态冲击特性。结果表明:强冲击载荷作用下,围压载荷的加入提高了石灰岩的刚度和延展性,使得材料的抗冲击能力得以提高。     

导弹发射条件对初段飞行性能的影响分析

以导弹箱式发射方式为例,推导出了四段运动方程式,求出了对应于不同情况下导弹运动参数的变化规律，研究了导弹从助推器点火到导弹加速到给定飞行速度这一过程的飞行特性，分析了导弹出箱初始条件的变化和对导弹飞行性能的影响。仿真结果表明，该理论模型和发射条件对初段飞行性能影响的分析是合理的。     

反无人机捕网装置发射过程的数值模拟与优化

针对日益严重的“低慢小”无人机“黑飞”问题,基于高低压发射原理设计了一种反无人机捕网装置,建立了捕网装置发射过程的内弹道和外弹道耦合计算模型,数值模拟了不同装药量、高压室容积对于发射装置捕获无人机性能的影响,将装置初速、装置体积与质量、高压室压力峰值归一化后分别表征装置的捕获性能、便携性以及安全性,分析了不同发射条件下装置捕获性能、便携性以及安全性之间的内在联系。通过粒子群优化算法对发射结构参数及发射条件进行优化后,捕网装置的捕获性能、便携性以及安全性等综合性能得到大幅提升,为反无人机捕网装置的深入研究提供理论指导。     

车载防空导弹行进间发射过程动力学数值分析

利用自回归（AR）模型对不同等级随机路面进行数值模拟,建立了车载防空导弹的行进和发射一体化多柔体动力学模型。根据行驶动力学仿真结果,确定了最恶劣发射时刻。结合分析结果完成了行进间发射动力学仿真,获得了导弹姿态参数。分析了路面和车速对防空导弹行进间发射精度的影响。利用自回归（AR）模型对不同等级随机路面进行数值模拟,建立了车载防空导弹的行进和发射一体化多柔体动力学模型。根据行驶动力学仿真结果,确定了最恶劣发射时刻。结合分析结果完成了行进间发射动力学仿真,获得了导弹姿态参数。分析了路面和车速对防空导弹行进间发射精度的影响。研究结果表明,B级路面上3种车速均能安全发射,C级路面上车速受限于25 km/h.     

倾斜零长发射技术研究

利用虚拟样机技术(VPT)建立了飞行器零长发射过程的动力学仿真模型.详细论述了飞行器发射系统的组成、模型简化和动力学仿真的研究方法.对不同工况下的发射过程进行动力学分析,获取了飞行器发射阶段的姿态参数和发射车的稳定性,验证了飞行器零长发射的可行性和安全性.