底排弹底排装置内流场的数值模拟

利用不可压缩Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程组，耦合入ｋ－ε模型，对底排装置内流场作了数值模拟，得到了其内部时均速度场和压力场的详细分布规律，分析了底排装置内流场的结构特征及内部压力分布特征，并指出了形成压力分布不均匀的直接原因，计算了结果可为底排装置内弹道研究提供有价值的数据和分析结论，还可为底部区的流场计算提供真实而可靠的边界条件。     

改进的底排弹质点弹道模拟

提供了进一步改进的底排弹外弹道模拟的质点弹道模型．该模型的模拟是基于弹底压力的改变使气功底阻改变，而弹底压力的改变则是由于底排发动机把高温燃气喷入弹底尾流所致．底排发动机剩余燃料的质量流，量被模拟成瞬态弹丸转速和大气压力的函数．在亚利桑那州的尤靶场，用ＨＡＷＫ多普勒雷达为１５５ｍｍＭ８６４底排弹收集的数据，已被用来在各种试验条件下验证这种模拟方法．     

底排弹底排装置高空动态模拟实验系统

底排装置高空动态模拟实验系统是用来模拟底排弹的底排装置在高空飞行时旋转工作特性.为研究底排药剂在不同环境压力下的燃烧规律,该系统可以模拟不同高度下的大气环境压力对底排装置的压力—时间曲线的影响.为了研究旋转效应,该系统还可模拟底排装置在不同转速下的工作特性.该系统还能综合模拟底排装置在同一时间不同环境压力和不同转速条件下的工作状态,以及测量环境压力与时间的变化曲线.它为深入研究底排装置在高空旋转条件下的内弹道特性开辟了一条新的途径.     

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。     

底排装置瞬态泄压过程数值模拟

为了研究底排弹出膛口到自由飞行阶段膛口流场发展过程以及弹丸底部参数变化,采用二维轴对称平均N-S方程和一方程S-A湍流模型研究了底排弹出膛口过程中近膛口以及底排装置内腔的流场特性。同时为了进行验证对比,研究了普通弹丸出膛口过程的近膛口流场特性,底排弹以及普通弹丸的运动通过FLUENT软件中网格的动态铺层得以实现。获得了清晰的外流场波系结构以及底排装置内腔的压力及温度的变化规律,计算结果表明,普通弹丸出膛口过程的近膛口流场波系结构与实验图片相符,证明了本文采用的数值方法的可行性,计算结果为底排装置内（燃烧室）固体燃料的非稳态燃烧过程以及固体燃料的力学性能的分析提供了丰富的数据参考,同时为膛口流场的研究提供了参考。     

药柱燃速对底排工作过程及底排弹射程影响的数值模拟

为了研究底排药柱燃速对底部排气弹底排装置工作过程和射程的影响,采用计算空气动力学和质点外弹道学耦合的方法求解底部排气弹的飞行弹道,研究了底部排气弹在整个减阻阶段底排装置工作参数、工作状态、底排流场等随时间的变化,分析了药柱燃速对底部排气弹工作过程和射程影响。结果表明:数值模拟结果与制式底部排气弹靶场试验结果吻合,说明建立的计算模型合理;燃速调整系数由0.8提高到1.2时,燃烧时间由36.8 s减少到18.4 s,射程由38.12 km下降到36.21 km,增程率由33.32%下降到26.64%;不同底排药柱燃速的底部排气弹在减阻阶段的排气参数均随时间的增加而呈先增大后减小的趋势;采用高燃速底排药柱的底部排气弹排气质量流率相对于低燃速的底部排气弹较大,但减阻效果并没有明显提高。     

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。     

底排弹弹道计算的一种新方法

该方法的建立是以修正的质点弹道模型为基础。由于底排作用而引起的阻力降低量可表示为底部喷射气体无量纲参数和马赫数的函数，底排气体外流函数主要是由旋转燃烧实验确定，它包含弹丸自旋、火药温度及外界气压的影响，也就是说，对诸如下面的发射条件，利用该方程可以得到较为满意的结果：炮口速度从亚音速到超音速；射角从低射角到高射角；地炮或高炮或目标的高度；不同的气象条件。为了确定底排装药燃烧特性，需进行地面旋转燃烧     

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。     

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。     

环状喷口对底排尾部流场影响的数值模拟

为了增强底排尾部流场中增压减阻的效果,提出一种环状喷口模型。采用有限体积法编程求解二维轴对称Navier-Stokes方程,对底排尾部流场进行数值模拟。数值模拟和底排实验进行对比验证,结果较吻合。在此基础上,数值研究环状喷口对底排尾部流场的影响。结果表明,随排气参数增大,环状喷口模型的底压始终高于圆孔喷口模型的底压。和圆孔喷口相比,环状喷口能削弱环状回流区,使底排气体更容易流入剪切层,避免引射现象的发生。环状喷口越靠近底部边缘,底排的增压减阻效果越好。     

底排装置内弹道参数求解研究

底排弹底排装置内的压力是底排内弹道的一个重要参数．原来求解底排装置内的压力所用的迭代式不收敛．本文对此作了证明，并给出了新的迭代公式，此式迭代收敛速度快，由此求得的底排参数与实验较吻合，对底排背景的进一步研究有重要价值．     

底排弹底排装置内弹道参数计算模型

本文给出了求解底排弹底排装置内弹道参数的方程组,并在试验研究的基础上建立了能反映几种主要因素对底排药剂燃速影响的新的燃速公式,从而解决了在求解上述方程组中最为关键的问题.解法的正确性通过在低压舱内进行的底排弹高空动态模拟试验得到了验证.实测的底排装置内的燃气压力随时间变化曲线与利用上述计算模型计算出来的曲线吻合得较好.     

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...     

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。     

车轮形装药底排装置内弹道计算

根据底排弹的底排装置结构特点和车轮形装药的几何形状特征，推导了底排装置内装药燃烧规律的数值计算模型。计算结果符合底排装置内的燃气压力主为化规律，并与地面实验结果吻合很好。     

排气能量对底部排气弹气动特性影响的数值模拟

远程压制武器在现代战争中的作用越发凸显,各种增程技术成为现代火炮技术研究的重要方向,而底排减阻是重要的方法之一。底排药剂燃烧产生的气体含有相对较高的能量,重点研究底排气体能量对底部排气弹气动力特性的影响。建立底排能量边界条件,采用添加人工粘性项的MacCormack差分格式求解三维Euler方程组,数值求解绕底部排气弹弹丸流场,得到底部阻力等气动力系数。分析表明,能量是影响底部排气弹气动力特性进而影响减阻增程效果的重要因素之一,在一定条件下提高底排气体温度,有利于增大弹丸射程。研究结果可为进一步研究底部排气弹减阻增程提供参考。     

基于导流控制底排增程原理的燃气流场数值仿真

导流控制底排增程原理是一种既可改善底排增程效率又可以提高其射弹精度的新技术新原理.该文结合对传统底排增程原理的特征分析,导出了导流控制底排增程原理成立的压力条件,给出了基于导流控制底排增程原理的导流控制体内外压力场与速度流场的初步数值仿真结果.数值仿真结果与试验现象吻合较好.     

环境压力降低对底排二次燃烧影响的数值模拟

为了揭示高空低压环境下底排减阻率减小的机理,建立底排装置尾部流场的化学非平衡流数学物理模型。其中二次燃烧模型采用10组分25步反应的H₂-CO燃烧模型,运用统一算法的思路编程求解二维轴对称方程组,对底排尾部流场进行数值模拟。模拟结果和实验进行对比验证,基本吻合。在此基础上,对底排尾部流场以及燃烧特性进行数值预测,研究环境压力降低对底排尾部二次燃烧的影响。结果表明：二次燃烧对底部加能的贡献是热排气的6.4倍,是底排加能减阻的关键;随着环境压力的降低,模型尾部的环状回流区内H₂的燃烧效率逐渐降低,中间产物H逐渐增多,燃烧逐渐变得不充分,导致底排减阻率明显下降。