密实发射药装药技术研究

本文在“平台效应”这一弹道概念的基础上,对当前国内外提高初速的方法进行了广泛的研究,提出了一种有效提高初速的方法——圆片叠成的圆柱形密实装药技术,并进行了有关实验和计算机模拟计算,得出了一些有实用价值的结论.结果表明使用此装药技术,能够在最大膛压不变的条件下,使初速获得较大幅度的提高.     

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。     

迅速发展的密实发射装药技术

密实发射药具有明显的潜在优点,因此.30多年来国外对密实发射装药的研究一直没有间断.尤其是近年来这一新型技术有更迅速的发展.本文介绍了密实发射装药的发展历程、类型、制造工艺和燃烧性能.     

模块装药快速烤燃特性的数值预测

为了研究模块装药的热安全性,基于可燃药盒材料和单基药的化学反应机理,建立了模块装药的二维非稳态烤燃模型。在外界升温速率为1～10 K·min~(-1)下,分析了模块装药的快速烤燃响应特性。结果表明,模块装药最初的着火位置均是在靠近可燃药盒内壁面左右两侧的单基药中,点火区为两个环形响应区。随着升温速率的提高,环形响应区将从单基药内向药盒内壁面方向移动,但外界升温速率的变化对模块装药点火位置的影响较小。在1,6,10 K·min~(-1)升温速率下,单基药发生烤燃响应的点火温度分别为458.2,453.9 K和455.7 K,与文献中实验所测得的点火温度(443～463 K)基本吻合。外界升温速率的变化对模块装药发生烤燃响应的点火温度影响较小,但随着升温速率的提高,模块装药发生烤燃响应的点火时间呈指数型衰减。     

模块装药膛内火焰扩散过程的理论研究

模块装药结构的复杂性增加了膛内发射过程实验诊断的难度与不可预计性。本文建立了两相流内弹道模型，考虑了模块运动以及初始装填分布等多方面因素，利用该模型计算结果与实验结果吻合得较好。该模型及程序可以用来模拟模块装药内弹道早期点火，火焰扩散，装药床的移动以及压力波的发展过程，从而为这类装药的设计提供了理论依据。     

随行装药的数值模拟

本文利用内弹道均相流模型对随行装药这一特殊的装药结构进行了数值模拟，分析了标识随行装药性能的参数对内弹道诸元的影响。     

F装药双层药型罩射流性能的数值研究

为了研究F装药双层药型罩射流的形成过程,应用LS-DYNA软件对F装药条件下的双层药型罩射流进行了数值模拟,探讨了不同外罩材料和不同内外罩间距对双层药型罩射流特性参数的影响。结果表明:F装药条件下,双层罩外罩材料及罩间距对射流的特性有不同程度的影响,合理调整外罩材料与罩间距有助于改善射流性能。     

随行装药效果与敏感性研究

对随行装药理论和实验技术做了进一步研究，在实验基础上，利用经典内弹道模型，对随行装药的各种可行方案进行了论证和分析，其中包括：随行装药的最佳随行效果；包覆或钝化延迟时间的优化等。     

复合装药结构隔板实验与数值模拟

为得到钝感炸药（IHE）和高能炸药（HE）复合装药结构对冲击波感度的响应情况,对不同结构的复合装药进行隔板实验,得到了其冲击波感度与药柱高度比值的一阶指数关系。利用显式有限元程序对复合装药结构进行隔板实验的数值模拟,计算结果与实验结果吻合。通过数值模拟计算并比较了铝、有机玻璃、钢隔板和未反应JB-9014炸药的爆轰反应边界值。     

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。     

基于多孔介质的某大口径装药床点传火特性

为了深入研究主装药的装填密度对点火药燃气在药床内传播特性的影响,搭建了某大口径密实装药床点传火系统试验平台,试验拍摄记录了火焰序列图及部分测压点压力变化情况;采用多孔介质模型模拟药室内的颗粒药床,建立了与试验装置对应的点传火系统模型,对点火药燃气在颗粒药床中的流动过程进行数值模拟,将模拟计算结果与试验结果进行对比,验证...     

催化床对凝胶火箭发动机工作过程的影响

为了研究相关喷注参数及催化床结构对凝胶火箭发动机燃烧室内流场及工作特性的影响,运用Fluent软件并基于DPM,k－ε标准湍流模型等,对具有不同催化床长度的单组元凝胶单推－3火箭发动机燃烧室内的工作过程进行了数值模拟;结果表明：催化床长度越长,由于氨气分解率的升高,燃烧室温度反而较低,燃烧室压力随之降低。推进剂液滴与催化床间的交互作用,如渗透距离,也对反应特性有相当重要的影响。     

HAN基液体推进剂单滴无弧点火过程的数值模拟

为研究硝酸羟胺(HAN)基单元液体推进剂LP1846单滴无弧电点火的机理,基于两步不可逆化学反应机理,同时考虑物性参数随温度的变化关系,结合相关实验,对HAN基液体推进剂LP1846液滴在大气环境下的无弧电点火过程进行了数值模拟。结果表明:根据化学反应速率和温度分布变化,将最大加载电压80 V的无弧点电火过程分为预热(0~695 ms)、热分解(695~805 ms)及燃烧(805~1000 ms)三个特征阶段。预热阶段,液滴保持球形,中心温度缓慢上升;热分解阶段,反应在液滴中心产生向外发展,液滴膨胀变大,内部出现伞形温度梯度分布;燃烧阶段,火焰在液滴内部生成,LP1846剧烈燃烧生成大量产物,流场温度先升后降。液滴着火延迟期随着最大加载电压的增大而减小,模拟结果与实验数据变化趋势一致,最大误差为2.9%。     

剪切来流下超空泡射弹空化与水动力特性的数值研究

为研究剪切来流下超空泡射弹空化与水动力特性,采用Mixture多相流模型、Schnerr and Sauer空化模型和Realizable k-ε湍流模型,对水下剪切来流中的超空泡射弹进行数值模拟研究,来流平均速度为600 m/s,剪切率为0～7 500 s^-1。均匀来流中,包裹射弹的超空泡上下对称,阻力以压差阻力为主,升力系数为0。剪切来流下,超空泡不对称,并向低速侧偏斜,压差阻力略微增加,致使阻力系数增大。由于高速侧绕流更快,低速侧的涡旋产生更显著的卷吸作用,使得射弹受到朝向低速侧法向黏性力的作用,升力系数减小为负值。当剪切率进一步增大时,弹肩高速侧出现沾湿,弹体周围黏度增加,导致阻力系数显著增加,且水压显著大于饱和蒸汽压,压力的法向分量更加剧烈地作用到低速侧方向,升力系数进一步减小。     

阶梯装药固体火箭发动机点火内流场特性研究

针对两节阶梯装药在火箭弹中的应用,对该类型固体火箭发动机点火内流场特性进行数值模拟。运用FLUENT软件进行二维轴对称非定常数值分析,通过UDF编程,采用表面单元格临界点火准则实现推进剂表面不同部位单元格的燃气加质,计算得到了前后燃烧室的不同部位压力分布及变化情况和点火器喷孔附近的激波传递情况。研究结果表明,该方法能够较好的预示点火内流场的特性,可以为阶梯装药发动机的点火性能研究和点火设计提供理论依据。     

丁羟推进剂花板浇注过程数值仿真

为研究丁羟推进剂浇注过程中流场结构,使用改进后的Herschel-Bulkley黏度模型对药浆花板浇注过程进行了数值模拟,并与实验数据进行了对比。结果显示:在通过花板孔后药浆会发生汇流,汇流后的药浆在重力作用下在发动机壳体内堆积,堆积表面呈现不规则的凹凸状,但在重力作用下,药浆会逐渐流平并填满空腔,未形成空洞。被花板分割的药条一部分汇聚后沿翼片间凹槽向下流动,一部分直接向下流动,流动过程中出现拉伸断裂的现象。浇注所需总时间为104 min,浇注药浆总质量为160.3 kg,平均质量流率为5.4 g·(hole·min)-1,仿真计算值与实测值误差分别为8.65%、2.06%和5.93%。     

含TMETN的钝感推进剂燃烧特性数值模拟

通过分析三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)热分解特性,确定了TMETN的化学结构参数,模拟了含TMETN的钝感低特征信号推进剂的燃速和压强指数数据,阐明了TMETN对此类推进剂燃烧性能的影响规律,论述了某种有机钾盐消焰剂(KD)对此类推进剂燃速的作用效果。数值模拟结果显示,理论计算值与实测值吻合的很好;含TMETN的钝感低特征信号推进剂燃速随TMETN含量增加而降低,其压强指数增加;KD可提高此类推进剂的燃速,并可辅助“铅-铜-炭”复合燃烧催化剂增强此类推进剂的平台作用效果。     

散粒体发射药床碰撞挤压过程三维数值模拟研究

发射药床的碰撞、挤压引起药粒破碎是导致膛炸的根本因素。首先用Monte Carlo模拟密实发射药床初始堆积结构,然后引入一种建立在非连续介质基础上,又区别于一般多体动力学方法的离散元法,来模拟密实的发射药床在膛内高压条件下的碰撞、挤压的动力学过程。详细介绍了离散元法计算程序核心——接触寻找算法,以及药粒的三维接触模型和计算参数的确定。首次解决了复杂条件下的单个药粒受力和运动无法描述的问题,为药粒的破碎数值模拟奠定重要基础。