基于改进两相流模型的模块装药内弹道模拟

为研究模块装药的特殊装药结构的内弹道特性,改进和优化装药结构参数,需建立数学模型进行模拟。现有的两相流模型不能直接用于模块装药的计算,根据模块装药的特点对现有模型进行改进和细化,考虑了装药和点火不连续、模块非同时破裂等因素,使其更接近模块装药内弹道实际过程。根据建立的改进数学模型对模块装药内弹道过程进行模拟,并对结果进行验证和分析。模拟结果与实验对比相符,数值模拟显示:在模块装药内弹道过程中存在点传火间断,传火过程更长,模块是按序破裂的。模块破裂时间受模块盒体强度和传火性能影响,模块盒体和传火管端盖强度越大,则模块破裂开始时间越晚,开始破裂到所有模块全部破裂时间跨度更长。     

某中等口径火炮两相流内弹道数值模拟

采用“银盆”１．０版两相流内弹道软件，对某中等口径火炮的内弹道过程进行了数值模拟，给出了较详细的模拟结果，并进行了分析。     

内弹道两相流三维并行数值模拟

为解决火炮内弹道两相流三维数值模拟的计算工作量大及仿真精度低问题,基于任意拉格朗日-欧拉方法建立火炮内弹道三维两相流模型,采用MPI方法进行了分区并行计算。三维控制方程采用高阶MUSCL格式进行空间离散,时间方向采用4阶龙格-库塔法进行求解。三维数值模拟结果揭示了火炮内弹道两相流动过程的三维发展特性,计算得到的内弹道特征参数与文献［20］ 结果符合较好。分析了不同点火管长度及管径对于内弹道性能的影响,为后续开展多维点火性能的优化研究提供了理论基础。并行数值实验表明,采用24个进程的内弹道三维计算,并行效率可提高50%左右。     

膨胀波火炮两相流内弹道性能分析与数值模拟

根据膨胀波火炮(RAVEN)系统的发射机理及结构特点,采用两相流理论,建立发射过程中计及膛内气固两相相间作用及后喷装置动态打开过程的两相流内弹道模型,给出了相应的数值求解方法。通过对RAVEN内弹道过程的求解分析与实验比对,得到了发射过程中,膛内火药燃烧及燃气流动状态的变化规律,给出了后喷装置引入所产生的有别于传统闭膛火炮系统的膛内流动现象,验证了RAVEN内弹道两相流模型的正确性。通过数值求解计算可得到:1)RAVEN系统在不影响炮口动能的前提下后坐冲量减小53.04%,身管热量降低50.42%;2)后喷打开时机越早,减小系统后坐,降低身管热量的能力越强;3)喷管截面参数的变化对减小系统后坐、降低身管热量能力的影响很小。     

无壳弹内弹道分段式两相流模型的数值模拟

建立了无壳弹内弹道不同燃烧阶段的一维两相流力学模型，然对无壳弹射击过程中的燃烧特点，采用分段式建模的方法，探讨了无壳弹膛内内弹道的变化规律，并进行了数值求解，数值结果和实测曲线具有较好的一致性，揭示了无壳弹内弹道循环的机理。     

串联多药室火炮内弹道两相流数值模拟

为了利用串联多药室技术对现有火炮系统进行改造达到提高弹丸动能的目的,建立了某口径串联多药室火炮发射系统的物理模型及一维两相流数学模型,运用MacCormack差分格式对其进行数值模拟。利用编制的串联多药室内弹道仿真软件,研究分析了主副药室装药量比、副药室点火延迟及活塞质量对串联多药室火炮内弹道性能的影响。计算结果表明,串联多药室火炮可以在不增加膛压的情况下达到提高弹丸初速的目的为了利用串联多药室技术对现有火炮系统进行改造达到提高弹丸动能的目的,建立了某口径串联多药室火炮发射系统的物理模型及一维两相流数学模型,运用MacCormack差分格式对其进行数值模拟。利用编制的串联多药室内弹道仿真软件,研究分析了主副药室装药量比、副药室点火延迟及活塞质量对串联多药室火炮内弹道性能的影响。计算结果表明,串联多药室火炮可以在不增加膛压的情况下达到提高弹丸初速的目的对于改进和提高武器性能具有重要意义。     

某大口径火炮两相流内弹道模拟

为了掌握大口径低膛压火炮初速或然误差的影响因素,建立了某大口径火炮两相流内弹道模型并完成了数值模拟。通过模拟装药分布、弹丸挤进过程、点火过程对火炮初速的影响,了解各种装药因素对火炮初速或然误差的影响程度。所得结果为进一步优化装药结构,提高初速稳定性提供参考。     

带有中心点传火管的燃气发生器两相流数值模拟

建立带有中心点传火管的燃气发生器的两相流数学模型。针对中心点传火管的点传火过程采用了一维两相流数学模型,管式燃气发生器的能量释放过程建立了二维两相流数学模型,通过气固交换建立了二者的耦合作用,并采用Mac Cormack 预估校正二步显格式编制了内弹道计算软件,进行了仿真计算,仿真计算结果与试验结果符合良好,验证了模型的正确性,为管式燃气发生器的结构设计及优化提供了理论基础;同时根据仿真结果对管式燃气发生器的能量释放过程进行了分析,结果表明均匀一致的点火条件是管式燃气发生器平稳释放能量的前提,点火能量的均匀释放才能保证燃气发生器内火药燃烧过程可靠,能量释放过程可控。     

湍流两相流内弹道模型

采用双流体两相流模型,推导有粘的两相流内弹道基本方程,并且建立了两相相互作用的气固两相湍流数学模型。     

二维内弹道两相流方程组特征分析和"型"的研究

对一般偏微分方程组进行特征分析，并以特征理论为基础，对二维内弹道两相流守恒方程组的类型作了一般性的讨论为数值模拟奠定了基础。     

基于OpenFOAM的三维内弹道两相流程序开发及其应用

为了克服独立编程实现内弹道两相流程序存在仿真周期长、代码复用率低以及不具备复杂计算域求解能力等缺陷,该文在开源有限体积软件(OpenFOAM)框架中开发了三维内弹道两相流求解器;对内弹道两相流求解器正确性展开了三方面验证,即压力波捕捉能力验证、全域守恒性验证、内弹道试验验证;对中心炸管式抛撒系统点传火过程进行了仿真分析。仿真与试验对比结果表明,该文所开发的三维求解器为内弹道问题数值分析提供了高效且具备求解复杂计算域能力的仿真工具。     

考虑管状药束轴向运动的大口径平衡炮二维内弹道模型的建立与仿真

传统的两相流内弹道模型将火药颗粒作拟流体假设,对于采用长管状药装药的大口径高速平衡炮来说误差较大。为解决这一问题,针对管状药模块化装填的某480 mm口径高速平衡炮提出在欧拉坐标系中考察火药气体的流动情况,在拉格朗日坐标系中追踪管状药束的运动规律;同时针对药束径向运动方程难以建立的问题,提出药束沿径向线性排布药束的思想,建立了考察管状药束沿轴向的运动规律并能够描述火药气体沿轴向和径向的流动情况的内弹道模型,编制程序进行了数值模拟。通过计算结果与试验结果的对比分析,证明了建立的模型有效,得到了火药气体在轴向和径向的压力分布以及药束模块的运动轨迹,为平衡炮内弹道性能的深入研究提供了新的思路。     

考虑火炮身管后坐的内弹道两相流数值仿真方法

为准确计算火炮内弹道两相流动力学各参量以及膛内弹丸的运动规律,提出一种内弹道两相流动力学与 火炮发射动力学耦合计算的仿真方法。对经典内弹道、不考虑后坐运动的内弹道两相流以及耦合计算得到的内弹道 参量变化规律进行分析,耦合计算得到的膛压及初速与实验值吻合良好。分析基于经典内弹道理论和耦合算法得到 的弹丸运动规律,耦合算法能够得到反映膛内弹丸实际运动变化规律的结果,表明该方法可为内弹道和发射动力学 准确计算提供参考。     

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。     

高压弹射装置内弹道二维模型及发射腔内流场特性分析

高压弹射装置中火药先燃烧积聚成高压气体,后瞬间打开,弹射弹丸攻击目标。为了掌握这一过程中发射腔内流场的复杂变化,建立了高压弹射装置内弹道二维气相模型,采用Runger-Kutta算法和MacCormark差分格式耦合方法进行数值模拟,并将计算所得的压力曲线与试验结果进行对比,验证了数值计算的可靠性。进一步根据计算得到发射腔内气体压力、速度等参量的分布情况,分析发射腔内的流场特性。结果表明,弹射关键阶段在弹丸启动的较短时间内,高压气体大小和分布是影响弹丸弹射效果的直接因素。     

基于两相流理论的火炮内弹道设计方法及其在新型装药设计中的应用

将现代内弹道理论应用于火炮内弹道设计过程,不仅使得火炮内弹道设计变量的选取不再局限于传统的装填密度、相对装药量和火药弧厚等;而且能将弹丸启动时间、压力波等经典模型无法描述的状态量纳入火炮内弹道设计过程,这对现代高性能火炮的设计是十分重要的.由于各评价标准均由火炮两相流模型计算获得,因此,基于两相流理论的火炮内弹道设计方法能更加精确地描述火炮的弹道性能与设计变量之间的关系.同时,采用多属性决策方法进行弹道设计方案的选择,使得火炮弹道方案的选择更加合理.