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.     

底排装置在压力跃变条件下的燃烧控制

为研究底排装置在压力跃变条件下的燃烧机理,实现底排燃烧控制,采用半密闭爆发器进行了模拟底部排气弹出膛口后底排药剂燃烧环境压力突然降低的试验.结果表明在压力跃变的过程中底排火焰首先熄灭;在最初130 ms内,底排装置的喷口处为超音速流动或临界流动;在点火具火焰的持续作用下,底排药剂反应表面建立起新的传热与化学反应平衡;约780 ms时底排喷口恢复稳定的燃烧与喷射.研究表明在底排喷口加装燃烧控制块能有效减缓压力跃变对底排药剂燃烧过程的影响,恢复稳定燃烧的时间显著缩短,为提高底部排气弹的纵向射程分布找到了一种新的技术途径.     

高降压速率下复合底排药剂瞬变燃烧特性研究

为了提高底排弹出炮口时底排装置的工作稳定性与一致性,采用半密闭爆发器模拟炮口工况,借助高速录像系统,开展了高降压速率下复合底排药剂瞬变燃烧特性的试验研究。实验中,半密闭爆发器燃烧室压力控制在20～90MPa范围内,降压速率为1.2×103～6×103MPa.s-1。实验表明,因破孔压力及降压速率不同,复合底排药剂燃烧行为分为自行稳定复燃、永久熄灭和临界状态三种情况。决定这些行为的关键因素是降压速率与降压前的初始压力。分析表明,在火炮发射条件下,底部排气弹出膛口时,复合底排药剂燃烧环境恰好处于永久熄灭/熄灭后再复燃的临界状态。     

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。     

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．     

某底排弹底排装置工作期间内部流场的数值模拟

基于均相流理论和固体火箭发动机原理建立了底排装置一维非定常内弹道模型。采用底排内弹道和修正质点外弹道耦合计算的方法对某155mm底排弹底排装置工作期间的内部流场和外弹道进行了数值模拟。得到了底排装置内压力、温度、密度和速度沿燃气通道轴向分布情况及喷口处的变化规律。计算结果表明,底排装置内的最高温度约为1944K,最大速度约65m.s-1;计算的底排工作时间为24s,增程率约为30%,与实际射击试验平均值吻合较好。     

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...     

串联式底排火箭复合增程的推力损失研究

利用分区技术，从二维轴对称Euler方程出发，应用有限体积TVD格式，数值模拟了火箭喷管出口截面处于底排装置空腔中不同位置时的燃气流场，并进行了推力损失研究，结果表明，在底排装置空腔中的流动特性很复杂，存在涡系结构，底排出口截面上的密度、排气速度和压力是影响推力损失的主要因素，得出了推力损失随喷管出口截面在底排装置空腔中不同位置时的变化规律，为串联式底排火箭复合增程弹结构设计提供了理论依据。     

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。     

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。     

底排药快速烤燃特性的数值模拟

为了研究底部排气弹的热安全性,基于高氯酸铵(AP)/端羟基聚丁二烯(HTPB)底排药两步化学反应机理,建立了底排装置的二维非稳态烤燃模型。在外界加热速率为1,5,10 K·min~(-1)条件下,分析了底排装置的快速烤燃响应特性。结果表明,在上述加热速率下,底排药最先着火位置均靠近底排药外侧壁面附近。外界加热速率的变化对底排药着火位置的影响略小。随着加热速率的提高,底排药发生烤燃响应的着火时间呈指数型衰减。在1,5,10 K·min~(-1)加热速率下,AP/HTPB底排药发生烤燃响应的温度分别为579.4,574.0 K和573.5 K,加热速率对底排药的着火温度影响较小。     

底排参数对底部排气弹弹道特性的影响

为研究不同底排条件下底部排气弹的弹道特性,探讨了底排药剂燃烧和减阻机理,建立了底排内弹道和外弹道模型,分析了底排装置结构参数和药剂燃速系数等对底部排气弹减阻增程效果的影响;结果表明：一定范围内药柱长度的增加能显著提高增程率,但药柱长度过长会由于燃气的引射作用降低增程率;减小药柱内径和增大喷口直径可以提高底部排气弹增程率;分瓣数的增加对提高增程率有较大作用,但应考虑对工程实现的影响;研究范围内存在最优药柱长度和燃速系数;总阻减阻率随着底排工作时间总是经历一个先增大后减小的过程。     

烟火剂与复合类底排药减阻性能比较

给出烟火类和复合类底排药减阻率,环境压力效应,旋转效应等性能比较,指出采用合理配方的烟火底排药可进一步提高减阻增程率。     

烟火类与复合类底排药减阻性能比较

给出烟火类和复合类底排药减阻率、环境压力效应、旋转效应等性能比较,指出采用合理配方的烟火底排药可进一步提高减阻增程率．     

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。     

底排装置点火性能对外弹道性能的影响

论证了点火时间散布对增大射程减小散布的重要性，提出了底部排气弹的底排装置点火性能的物理意义，指出了利用底排时阻力曲线确定点火时间是比较科学的方法，它反映了底排装置工作的实质性问题，分析了影响点火性能的因素。利用外弹道学理论导出了平均点火时间与点火时间散布对底部排气弹射程与射程散布影响的计算公式。利用这些公式可以确定底排装置合理的点火时间与点火时间散布。本文具体计算了155mm,130mm,122mm底部排气弹的合理点火时间与点火时间散布。根据上述理论对底排装置的设计提出了具体要求。     

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．     

装药尺寸对高氯酸铵/端羟基聚丁二烯底排药烤燃特性的影响

为研究装药尺寸对高氯酸铵（AP）/端羟基聚丁二烯（HTPB）底排药烤燃响应特性的影响,基于AP/HTPB两步分解反应机理,建立底排药柱烤燃计算模型。分别选取装药长度为72 mm 和内孔直径为 43 ~53 mm、内孔直径为43 mm和装药长度为72~90 mm的圆环柱状底排药,在1.0~ 10.0 K/min加热速率下对某底排装置的烤燃特性进行数值模拟。结果表明：在相同加热速率和装药长度条件下,随着装药内孔直径的增大,底排药的烤燃响应时间缩短;当装药内孔直径不变,装药长度增加至90 mm,底排药的烤燃响应时间明显缩短;装药尺寸的变化对底排药的烤燃响应位置的影响较小;在1.0~2.5 K/min中速烤燃条件下,随着内孔直径和装药长度分别增大,底排药的烤燃响应温度逐渐增大;在5.0~10.0 K/min快速烤燃条件下,装药尺寸的变化对底排药的烤燃响应温度的影响较小。