七孔变燃速发射药燃烧性能的数值计算

为模拟七孔变燃速发射药的燃烧性能,建立了七孔变燃速发射药的燃烧模型。在几何燃烧定律的基础上推导出燃气生成猛度Γ和已燃发射药百分数Ψ的函数关系。通过编程计算得到Γ-Ψ曲线。分析了燃速比、速燃层内孔径、长径比和缓燃层厚度与燃速层厚度之比对七孔变燃速发射药燃烧渐增性的影响。结果表明:速燃层和缓燃层的燃速比为1.5~2.5,长径比为2~3,缓燃层厚度与速燃层厚度之比为0.1~0.22,速燃层内孔径为0.2~0.3mm的七孔变燃速发射药有较好的燃烧渐增性。     

破碎发射药等效形状函数的确定方法

为了准确表征破碎发射药在火炮膛内的燃气生成规律,提出了确定破碎发射药的等效形状函数的方法。通过密闭爆发器试验模拟不同破碎程度发射药在真实的膛内环境下膛压与时间的变化关系,得到破碎发射药等效形状函数,并定性分析了其与起始动态活度比的关系。该方法所得的等效形状函数能体现破碎发射药的燃烧特性,为考虑破碎的两相流内弹道研究提供了一种新方法。     

变燃速发射药膛内燃烧与内弹道过程研究

为了更好地描述与研究变燃速发射药膛内实际燃烧与内弹道过程,对30 mm火炮在两种装药量下应用内弹道势平衡理论求其势平衡点的位置及该点处的各参数。以坡膛处实测压力—时间曲线为标准求变燃速发射药膛内燃气的实际燃烧生成函数,用膛内实际燃气生成函数代替几何燃烧定律假设下的燃气生成函数,求解以势平衡态作为标准态的内弹道相似方程,并转化为弹道解。结果表明:应用内弹道势平衡理论描述和分析变燃速发射药膛内燃烧规律是可行的,拓展了其适用范围;通过对实际燃气生成函数的分析可以定性和定量地判断与研究变燃速发射药的燃烧性能;以变燃速发射药膛内实际燃气生成函数为基础求出弹道解具有准确性和可操作性。     

四孔长方体发射药的形状函数计算及燃烧性能

为研究四孔长方体发射药的燃烧性能,根据四孔长方体发射药的结构特征,建立四孔长方体发射药的燃烧物理模型,通过Maple软件得到其Ψ-Ζ、Γ-Ψ曲线。对比分析了相同弧厚及长宽比时,圆柱七孔发射药、圆柱单孔发射药与四孔长方体发射药的理论燃烧性能,同时研究了不同内外弧厚、长宽比及内孔径大小的四孔长方体发射药燃烧性能,并对其中的一种情况进行了实验验证。结果表明当长宽比大于1.5时,四孔长方体发射药具有良好地燃烧渐增性,且优于圆柱单孔发射药,劣于圆柱七孔发射药,但其分裂点相对于圆柱七孔发射药更加靠后;内外弧厚一致、长宽比为1.5～3、孔径为0.10～0.20 mm的四孔长方体发射药,具有相对较好的燃烧性能;实验结果能够较好地与理论分析结果相吻合,但由于发射药内孔位置的偏离以及尺寸一致性差,导致燃烧分裂点相比于理论计算要提前到达,因此可基于理论分析结果优化加工工艺,提高发射药的尺寸一致性及药孔分布的均匀性。     

存在侵蚀燃烧的发射药高、低温内弹道性能研究

为研究存在侵蚀燃烧的发射药高、低温内弹道性能,分析了发射药初温变化引起的火药热焓变化及对侵蚀燃烧的影响,修正了常温发射药的侵蚀函数,得到了高、低温多孔药燃速的数学表达式,建立了多孔发射药高、低温内弹道数学模型。应用该模型对某大口径舰炮高、低温内弹道进行仿真,计算结果和试验值一致性较好。通过对比仿真研究可得结论:考虑火药热焓变化对侵蚀燃烧影响的多孔发射药高、低温内弹道仿真结果更接近试验值。     

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.     

改性单基发射药内弹道模型

为研究改性单基发射药装药的内弹道特性,基于经典内弹道理论,建立了能够表征改性单基发射药燃烧特征的双气源项内弹道模型,制备了样品并进行了30mm火炮的内弹道试验验证.计算结果与试验结果相符合.通过模型计算,深入讨论了浸渍剂含量及分布、浸渍深度等因素对内弹道性能的影响.当浸渍含量分布函数为右抛物线类型时比左抛物线类型最大膛压降低了3MPa,初速提高了10m/s,实现了在较低最大膛压下更高初速的期望;浸渍深度在计算中出现临界值,当浸渍深度大于外层厚度的0.6倍时,能够得到初速增加而最大膛压不增加的内弹道效果.     

弧厚偏差对发射药燃烧残渣形成的影响

为研究弧厚尺寸偏差对发射药燃烧残渣形成的影响规律,采用螺旋测微仪量取球扁形发射药弧厚值,并经统计分析得到发射药的弧厚分布规律。利用混合装药形状函数的形式,将弧厚分布规律转化为装药形状函数,再结合经典内弹道模型,模拟研究发射药弧厚偏差与燃烧残渣之间的关系。结果表明:发射药弧厚存在偏差,弧厚值呈正态函数分布,弧厚较大的发射药难以在膛内燃尽将形成燃烧残渣。其中,研究采用的球扁形发射药弧厚偏差为0.10 mm,射击时将有0.2%的发射药不能燃尽形成燃烧残渣;弧厚偏差Δ0.02 mm或期望值μ≥0.29 mm时,射击时会有部分发射药不能燃尽而形成燃烧残渣,并且随着弧厚偏差的增大或期望值的提高,燃烧残渣量增加。     

35mm高射炮钝感发射药的内弹道仿真

为了掌握35mm高射炮钝感发射药的内弹道性能,结合钝感8/1发射药的燃烧规律得到该炮特有的内弹道数学模型,应用四阶五级龙格库塔法编制Matlab程序求解该模型。结果表明内弹道仿真结果和参考文献提供的实验结果一致性较好。应用该模型对不同钝感剂含量的钝感发射药进行内弹道计算,计算出在其它装填条件一定的情况下,钝感发射药钝感剂含量对内弹道的影响,可知钝感剂含量的微减小即会引起膛压的急剧升高,当包覆层完全失效,最大膛压高达479 MPa,增大了35.54%。钝感剂的失效将严重影响射击安全,给火炮射击安全性带来威胁。     

基于内弹道过程的膛内燃烧产物的计算

为提供弹丸出膛口后流场计算的初始数据,在内弹道计算的基础上引入了发射药燃烧产物组分的计算。内弹道计算采用经典内弹道计算模型,发射药燃烧产物组分的计算采用最小自由能法。在最小自由能法中,使用实际气体的范德瓦尔斯状态方程,采用剩余性质法计算实际气体的Gibbs自由能。通过计算,得到了膛内火药燃烧产物组分的变化情况。分析表明,该文的计算结果可以作为弹丸出膛口后流场计算的初始数据。     

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。     

序列堆积杆状药床微细孔道相间阻力特性研究

为了进一步提升火炮发射弹丸的炮口动能,传统粒状药由于其装填条件的制约,在很大程度上无法满足现代火炮的需求。杆状药以其优异的装填性能得到了广泛的关注,采用杆状药以序列形式进行装填,可以有效调高火药装填密度。对于花边形的多孔杆状药,为更好研究其内弹道性能,采用仿真计算分析其燃烧性能,此过程需要大量辅助方程以保证计算结果的准确性。其中,燃气在序列堆积杆状药床微细孔道内流动的阻力系数是两相流内弹道的重要参数。利用实验装置分别完成氮气在杆状药内孔、花边间隙及装填药床流动的阻力特性实验研究,测量孔道进出口压降以及流量,总结出相间阻力系数f与雷诺数Re与间的关系。在同等条件下,使用Fluent仿真软件对氮气在微细孔道的流动特性进行计算分析,与实验结果吻合较好。在验证此模型的合理性后,将氮气更换为杆状药燃烧生成的火药燃气,结果表明：随着雷诺数Re增大,阻力系数f不断降低,可以拟合出相应的无量纲关系式f(Re),为两相流内弹道计算提供基础。     

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.     

发射药燃速压力指数对火炮内弹道的影响

为研究新型高能发射药的内弹道性能,采用经典内弹道数学模型理论模拟了发射药的燃速压力指数对火炮内弹道性能的影响.结果表明,发射药燃速压力指数的大小及其随压力的变化规律对内弹道性能有很大的影响,对于燃速压力指数随压力升高而减小的新型高能发射药,可获得较高的内弹道示压效率,降低膛压和弹丸初速对发射药装填条件的敏感性.采用传统的平均燃速压力指数来预测该类发射药的内弹道性能,将出现明显的偏差.     

The Application of Erosive Burning to Propellant Charge Interior Ballistics

Erosive burning is a common burning phenomenon of the gunpowder with inner holes. The actual combustion law of the gunpowder with inner holes can be changed by erosive burning. Pressure difference between the inner and the outer of hole caused by loading density variation of the propellant charge makes erosive burning occur at inner holes during in-bore burning. The effect of erosive burning on burning speed of the propellant is studied by using the effects of flow rate, heat transfer and erosion of the combustion gas in inner holes on burlaing rate. The mathematic model of erosive burning of the propellant is established. The effects of the factors such as loading density, inner hole size and grain length on erosive burning and interior ballistic performance are analyzed . The method to improve the bore pressure for small charge mass and small firing range by erosive burning is proposed.     

火药实用燃烧定律

本文应用概率论知识,通过对不同类型、不同口径以及不同药形和不同装药结构的枪炮,进行了大量的分析计算,建立了火药实用燃烧定律.在此基础上,给出了一般炮和无后座炮四种内弹道解法。并通过对多种枪炮内弹道正面问题的计算验证,证明该定律理论计算与射击结果是符合的。     

一种含纳米钾盐的新型消焰药性能测试

为了减小炮口火焰面积,制备了一种含纳米有机钾盐AK的新型消焰药,进行了该消焰药基本性能、吸湿性、燃烧性能、对发射装药炮口火焰及内弹道性能影响试验研究.试验结果表明,对比常规单质消焰剂材料,制备的新型消焰药有较好的消焰效果,可使枪口火焰面积减少95%,且吸湿小,燃烧稳定,对火炮内弹道性能无明显影响.     

改性单基发射药温度系数研究

采用"浸渍-钝感-包覆"工艺,制得了改性单基发射药。采用密闭爆发器和857-30 mm制式弹道炮研究了该发射药的燃烧性能和内弹道性能。分析了改性单基发射药的结构。结果发现,与制式单基发射药相比较,改性单基发射药无论是常温还是高低温,初速至少提高5%。所制得的改性单基发射药在857-30 mm制式弹道炮上具有低温度系数的特点,这是由端面封堵拉链状结构的形成及药体表面变软引起的。     

深钝感球扁药混合装药的势平衡理论模拟

应用势平衡理论及深钝感球扁药混合装药膛内实际燃烧规律,建立了某火炮球扁药混合装药的内弹道解法,以坡膛处测得的压力时间曲线为标准,利用势平衡理论内弹道方程进行了数值模拟,结果表明模拟计算曲线与火炮实测曲线基本一致.数值模拟的结果表明内弹道势平衡理论在本研究中提出的高装填密度装药系统中的应用是可行的,扩展了内弹道势平衡理论的应用范围.     

基于多层发射药内弹道模型的软件设计与实现

建立了多层发射药内弹道模型,并以该模型为基础,采用MATLAB程序语言进行软件开发,介绍了软件体系的结构和程序流程,并用模块化思想提高软件的可扩展性和重用性;利用编制的软件对多层发射药内弹道过程进行仿真模拟计算,并将模拟计算结果与30 mm口径火炮的内弹道性能实验结果进行对比;结果表明:采用本模拟计算软件所得计算结果与试验结果吻合,具有较好的一致性,为多层发射药的内弹道性能研究以及发射药装药设计提供理论参考依据。