基于势平衡的小口径模压可燃药筒装药内弹道计算

为了研究小口径可燃药筒装药膛内实际燃烧规律,以小口径可燃药筒定容燃烧的p-t曲线与主装药膛内燃烧的p-t曲线为标准,应用势平衡理论确定了小口径可燃药筒装药的燃气生成函数表达式,建立了药筒装药的内弹道模型。利用该模型对25mm弹道炮在可燃药筒装药下的内弹道过程进行了模拟计算,得到了装药在膛内的实际燃气生成规律,并最终获得了25mm可燃药筒装药的弹道解。计算结果表明,小口径可燃药筒装药的燃烧过程分为3个阶段,即可燃药筒燃烧结束前阶段、可燃药筒燃完至势平衡点阶段及碎粒燃烧阶段,各阶段的燃气生成规律均以三项式表示。以小口径可燃药筒装药膛内燃气生成函数为基础模拟得到的计算曲线与火炮实测曲线基本一致,可以描述和分析小口径可燃药筒装药膛内实际燃烧规律。     

基于CE/SE方法的某大口径火炮模块装药内弹道数值模拟

建立了基于CE/SE方法的模块装药一维两相流内弹道数学模型,并利用该模型对某大口径火炮的发射内弹道过程进行了模拟,获得了膛压、气相速度、空隙率等内弹道参数的时间演化过程和轴向空间分布规律。通过将膛压曲线和内弹道相关参数的模拟结果与试验结果的对比,验证了模块装药一维两相流内弹道数学模型的正确性。利用该模型研究和分析了可燃容器能量以及装药长度等参数对内弹道环境的影响。结果表明,可燃容器能量越大或者装药长度越小,膛内压力波动现象越明显,膛底和坡膛处压力与时间曲线均会产生压力双峰现象,且最大负压差以及膛底、坡膛压力曲线的初峰值随着可燃容器能量的增大或者装药长度的减小而逐渐升高。研究结果对指导大口径火炮装药设计、内弹道环境优化设计具有重要意义。     

侵蚀燃烧在发射装药内弹道中的应用研究

侵蚀燃烧是具有内孔燃烧火药的一种普遍现象,应用侵蚀燃烧可改变火药燃烧的规律。由于火炮发射装药装填密度的变化,不同装填密度发射药所受的内孔与外部压力也不同,这种压力差使发射药内孔在火炮膛内燃烧时发生侵蚀燃烧。利用发射药内孔燃气流动的流速、传热和冲刷对燃速的影响,研究了火炮发射装药的侵蚀燃烧对发射药燃速的影响,建立了发射装药侵蚀燃烧数学模型,分析了发射药装填密度、内孔的孔径、药粒长度等变化所引起的侵蚀燃烧变化及对发射装药内弹道性能的影响。提出了在变装药中,利用侵蚀燃烧提高小装药量、小射程用发射装药膛压的方法。     

装药结构与压力波关系实验研究

为了保证武器射击安全,火炮系统设计工作者十分重视膛内压力波尤其是“危险压力波”的产生规律。本文阐述了火炮膛内压力波与装药结构的关系。着重介绍了在某高压火炮上六种不同点火、传火结构引起压力波变化及提高装药面减小压力波的实验研究结果。文中认真分析了不同点、传火结构引起压力波产生的原因。指出在火炮装药设计中必须认真设计合理的点火、传火结构。这不仅为了提高火炮弹道性能,更重要的是为了装药的合理、可靠、安全。     

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.     

高性能火炮中压力波的研究

根据高膛压、高初速火炮的试验数据,着重分析了可燃药筒、装填密度、火药的性质及工艺等对膛内压力波的形成增长和消散的影响,为进一步研究高性能火炮的压力波提供了依据。     

某小口径变燃速密实装药火炮内弹道两相流模型仿真分析

利用现代内弹道理论,建立了某小口径变燃速密实装药火炮内弹道两相流体力学模型,并进行了数值仿真分析。结果表明：变燃速密实装药能在控制膛压的情况下,有效提高弹丸初速;火药颗粒钝感层厚度和底火药量对弹道性能影响较大;压力波状况的模拟可用于火炮发射安全性分析。     

可燃药筒对膛内压力波的影响

本文从实验现象及可燃药筒的燃烧规律两个方面研究了可燃药筒对膛内压力波的影响,并通过实验研究总结出了控制可燃药筒对压力波影响的技术措施,这对可燃药筒在装药上的应用及火炮的使用的安全都有着非常重要的实际意义。     

高膛压火炮多点点火数值模拟

某高膛压火炮试验中发现多点点火方案的装药利用率较高，但膛内压力波较大，为了减小膛压内力波，完善多点点火方案，应用两相流内弹道理论对该炮的多点点火过程进行了数值模拟，数值模拟结果与试验结果有较好的一致性，通过数值模拟和分析，指出了减小膛内压力波可采取的措施，以确保高膛压火炮的内弹道性能稳定和装药安全可靠。     

整装式液体随行装药的两相流数值仿真

随行装药技术通过随行液体药的燃烧提高弹底压力,可以有效地提高弹丸的初速,能够在不改变火炮结构的基础上应用于现有武器系统,增强火包的威。本文建立了随行装药的两相流内弹道模型,并采用MacCormack格式进行了数值求解,给出了随行装药的压力分布、气相速度分布和固相速度分布曲线,并与常规的底部装药结构的计算结果进行了对比,得到的坡膛处的p-6曲线和实验结果有较好的一致性,说明随行装药的两相流内弹道模型能够正确揭示膛内气固两相流动的基本规律。     

随行装药

一、引言火炮从其问世至今已有近千年的历史了。虽然其间经历了多次重大变革,火炮的性能早已远非昔比,但作为火炮能源的发射药装药的燃烧方式却没有多大变化。除迫击炮外,发射药装药都还保持着和弹丸相分离的方式进行燃烧,即在燃烧期间大部分发射药不是和弹丸一起作加速运动,而是甚本上处于静止状态。这样就出现了膛内燃气分布不匀的现象,膛底气体量多而弹底气体量少,结果就造成弹底压力值Pd大大低于膛底压力值Pt。由内弹道学公式 Pt=Pd(1+ω/αq)可知:ω/q(ω为发射药重,q为弹丸重)的值越大,Pt和Pd值间的差异就越大。这样,对我们     

单模块装药膛内流场特性试验及数值仿真

模块装药是目前大口径加榴炮主要的装药结构之一。为了更加精确地研究单模块装药膛内燃烧的内弹道特性,分析膛内燃气流动及压力波变化规律,设计了模块装药燃烧模拟试验平台,并进行了单模块装药的膛内燃烧试验。根据模块装药的特点,分区域建立了模块装药轴对称二维两相流内弹道模型。基于高阶精度MUSCL（Monotonic Upstream-centered Scheme for Conservation Laws）格式,数值模拟了单模块装药药室内部点传火过程。结果表明,计算结果与试验结果吻合较好,不同测试点的压力曲线的计算峰值误差均低于4%,表明所建立数学模型和使用的计算方法能够较好地描述单模块装药药室内部燃烧过程。结果还发现,在t=5.0 ms前,由于模块未破裂,药盒端盖的阻隔导致主装药燃气无法及时向药室扩散,仅传火管燃气对膛内流场造成微弱的影响,这一时期药室内部压力最大值比传火管右端未破膜前仅上升约4.3%;当模块破裂后,模块与药室边界处存在3.05 MPa的压力梯度,使得火药燃气及固相颗粒沿轴向快速向药室自由空间流动,在弹丸底部区域形成较强反射压力波;随着时间的推移,压力波反复震荡,并逐渐减弱。     

模块药盒装填位置及药粒散布状态对内弹道特性影响的数值模拟研究

为了优化模块装药的装药设计,深入分析单模块装药的内弹道稳定深层机理,针对单模块装药模块药盒的不同装填位置及药盒破碎后火药颗粒的散布状态对压力波等内弹道特性的影响规律展开研究,基于经典内弹道理论建立模块装药一维气-固两相流内弹道模型,采用MacCormack差分方法进行数值计算,对比分析其内弹道参量在时间、空间上的变化规律。对模块药盒初始位置距膛底距离为0,100,200,300,400和500 mm的6种工况下的内弹道过程进行了数值计算及分析对比,发现模块药盒不同初始装填位置对内弹道特性有一定的影响。随着模块药盒离开膛底距离增大,膛内最大压力先增大后减小、弹丸初速也先提高后降低,在药盒初始位置距膛底100 mm时达到最大压力和最高弹丸初速;对模块药盒破碎后药粒在膛内的均匀散布、线性散布和后堆式散布等3种状态下的内弹道过程进行了数值模拟及分析。结果表明,药粒的均匀散布与线性散布对内弹道参量影响不大,而药粒的后堆散布会延长整个燃烧过程,同时降低膛压峰值和弹丸出口速度。     

模块装药火炮内弹道二维两相流数值预测

根据模块装药火炮复杂装药结构的特点,考虑了隔仓及环形间隙区的作用并建立了轴对称二维两相流内弹道理论模型。数值预测结果表明,膛底、药室口部曲线与实验有较好的一致性。文中还给出了模块装药膛内发射过程的详细计算结果,对于指导该类装药设计具有重要意义。     

大口径火炮压力波分析

本文应用膛内反应两相流动的数学物理模型,采用在药室中设置有质量、动量、能量交换的中心点火管,发射装药,弹与膛壁间隙区等多排平行一维网格的摸拟方法,分析了药包装药结构下的大口径火炮膛内压力波的形成过程,讨论了影响压力波形成与发展的各种因素。     

某大口径火炮弹丸卡滞的内弹道计算与分析

针对某次膛炸事故,从经典内弹道和一维两相流内弹道两个方面建立了弹丸卡滞的内弹道数学模型,并进行了计算与分析。经典内弹道计算结果认为,在弹丸发生卡滞时刻,大部分发射药已燃烧,膛压曲线处于下降阶段,弹丸卡滞后,膛压虽有一定程度的上升,但膛压上升幅值并不大。一维两相流内弹道计算结果认为:弹丸卡滞时,膛底压力明显处于下降阶段,而弹底压力则在峰值附近,当弹丸突然停止运动后首先引起弹底压力骤升,上升幅值超过50%,压力波从弹尾向膛底传播引起膛底压力上升,压力波到膛底后反射,又向弹底传播,形成膛内压力的剧烈震荡,且压力波整体上呈振荡收敛趋势。     

惯性炮闩对膨胀波火炮膛压影响分析

为分析惯性炮闩对惯性炮闩式膨胀波火炮膛压的影响,建立了膨胀波火炮的内弹道模型。计算分析了惯性炮闩的质量、惯性炮闩的启动压力和惯性炮闩的最大行程长对膨胀波火炮的膛压影响。计算结果表明惯性炮闩的质量对膨胀波火炮的膛压影响较大,惯性炮闩的启动压力对膨胀波火炮膛压影响较小,惯性炮闩的最大行程长对膨胀波火炮的最大膛压影响很小。该结果能够为膨胀波火炮惯性炮闩的设计与优化提供一定的理论依据。     

底部点火装药结构两相流内弹道模型及计算

本文给出了底部点火装药结构两相流内弹道理论模型和计算步骤,并编制程序对两种火炮进行了数值分析。实践证明,对于点火波阵面的传播、膛内压力波动等一系列问题,理论结果与实验结果符合得很好。该模型及计算程序可用于装药结构和点火方式的理论预测、筛选,进行装药的安全性能分析和可靠性设计。     

抽滤型可燃药筒加主装药的静态试验研究

该文根据可燃药筒加所匹配主装药的密闭爆发器试验结果,研究了抽滤型可燃药筒及其加主装药后的燃烧规律,分析了不同主装药引起燃烧规律的差异,并把静态曲线与膛内曲线进行了对比,得出了一些有用的结论,为膛内可燃药筒装药燃烧规律的研究及装药设计提供了依据和参考.     

膛内压力联合时频特征分析

利用小波包提取了膛内射击过程压力的时频特征,从联合时频的角度,讨论了造成内弹道循环各阶段压力高频震荡的各种可能不利因素,对膛内在时域里难以区分的复杂过程在频域里加以区分和定位,对了解膛内射击过程及火炮装药设计提供了更加丰富的信息.利用小波包重构了膛内压力曲线,这比传统的滤波更有物理意义.