高压弹射装置内弹道建模与计算

针对压力和温度大范围变化条件下的高压空气弹射装置,基于改进的对应态维里方程, 建立了内弹道模型。计算了改进的对应态方程的第二及第三维里系数,并以截断到第三维里系数的体积级数形式的维里方程为基础,推导了比热力学能及比焓的解析表达式,获得了动态的热力学参数。进行了数值求解,给出了高低压室的热力学参数变化规律、导弹过载系数及速度。数值实验表明:压缩因子达到1. 107,高压室温度和压力的减小值大于理想减小值,高压空气的综合做功能力偏离理想气体,真实气体效应研究必不可少。     

燃烧产物特性对燃气弹射内弹道与载荷的影响研究

为了研究燃烧产物特性对燃气弹射初容室二次燃烧流场、内弹道和载荷的影响,采用Realizable k-ε湍流模型、域动分层动网格技术和有限速率/涡耗散模型,建立包含动边界的初容室二次燃烧流动模型。通过与实验数据对比,验证了燃气弹射模型的有效性。数值研究了燃气发生器喷管入口燃烧产物压力和组分浓度比值对燃气弹射内弹道和载荷的影响,计算得到了满足导弹出筒要求的喷管入口压力和组分浓度比值的变化范围。数值研究表明：随着燃气发生器喷管入口压力的增大,初容室中O₂完全消耗的时间变短,导弹出筒时间缩短,出筒速度增加,加速度峰值增大;随着喷管入口CO与H₂浓度比值的增大,初容室中O₂完全消耗的时间变长,导弹出筒时间延长,出筒速度减小,加速度峰值减小。研究结果为燃气弹射内弹道设计提供了理论基础。     

航空弹射装置内弹道循环模拟

本文介绍航空弹射装置的结构原理,建立该装置的数学物理模型,在计算机中进行内弹道循环的仿真,为弹射装置的设计与研究提供参考。     

某制导炮弹二维两相流内弹道性能分析与数值模拟研究

为了研究某制导炮弹二维两相流内弹道性能,简化两相流多维数值模拟中弹底运动边界处理的复杂性,提高运动边界处的计算精度,建立了基于任意拉格朗日欧拉方法的某制导炮弹内弹道二维气-固两相流模型,空间上采用具有TVD特性的高阶MUSCL类型的有限体积法对方程进行离散,时间方向采用4阶Runge-Kutta方法进行时间推进。通过拥有解析解的数值验证算例,验证了数值格式以及动网格生成方法的准确性。对某大口径制导炮弹内弹道膛内循环过程进行二维两相流数值仿真。模拟结果准确地反映了整个内弹道循环膛内两相流动特性及其发展过程,并与实验结果有较好的一致性。同时分析了不同点火因素对该制导炮弹内弹道性能的影响,为后续深入优化该制导炮弹内弹道性能及发射安全性提供了理论基础。     

火箭弹自力弹射内弹道特性

为消除火箭弹发射尾焰对发射装置周围人员及设备的威胁,提出了一种火箭弹自力弹射技术方案,将发射尾焰限制在发射筒内直至弹尾离筒.基于经典内弹道学推导得到火箭弹自力弹射的内弹道数学模型,并进行了低压室初始长度300 mm、低压室初始长度300 mm与低压室开有2个孔径为15 mm的孔、低压室初始长度150 mm 3种工况共5...     

高压气体发射装置内弹道特性及膛口流场分析

根据非定常可压缩流动的Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,基于计算流体力学分析软件,采用动网格技术,对弹丸在气室高压气体作用下的运动规律及其流场特性进行了仿真。主要研究了4种不同气室初始气压下膛内平均压力、弹底压力、气室底部压力、弹丸运动参数的变化规律,进一步分析了在气室初压为2.5 MPa下不同时刻马赫数等值线的变化规律。研究结果表明：膛内气流存在振荡现象,气室底部压力、弹底压力变化具有波动性;气室初始气压的大小影响气室底部压力、弹底压力振荡幅度及弹丸出炮口速度;弹丸在管内运动速度及运动时间随距离变化的关系均近似抛物线分布。     

二次燃烧对燃气弹射内弹道影响三维数值研究

为了进一步研究二次燃烧对燃气弹射内弹道的影响,采用三维非稳态雷诺平均Navier-Stokes方程和重整化群湍流模型对燃气弹射过程进行数值研究,运用动态分层动网格技术模拟尾罩的运动。与实验结果对比表明,二次燃烧工况获得的内弹道参数更接近实验值。数值研究结果进一步表明:多组分工况获得的燃气与空气接触面光滑,而二次燃烧工况接触面呈现褶皱现象; 初容室内氧气质量分数的变化规律表明,二次燃烧现象发生在燃气发生器工作后的0.2 s内。受初容室内二次燃烧影响,弹射加速度呈现初期时二次燃烧大于多组分工况,后期多组分工况大于二次燃烧工况现象; 二次燃烧现象提前了飞行器的出筒时间,减小了飞行器的出筒速度。     

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。     

基于FLUENT软件和内弹道模型双向耦合的超高射频火炮发射过程模拟

弹头阻力计算的准确性直接决定了超高射频火炮内弹道数值模拟的准确性。为了提高超高射频火炮内弹道过程数值模拟的准确性,利用二次开发工具UDF将FLUENT软件和经典内弹道（CIB）模型双向耦合计算超高射频火炮弹前流场,得到了超高射频火炮发射过程中第2发弹丸的弹头阻力,分析了不同射击频率下弹头阻力的变化规律。结果表明：FLUENT-CIB模型双向耦合计算能够得到弹前身管内火药气体各个时刻的流场分布,提高了弹头阻力计算的准确性;弹头阻力在弹丸启动后很快由减小变成增大,增大到某个极大值后又逐渐减小,直到弹丸出炮口,这个变化规律在不同射击频率下普遍存在;射频降低,在弹丸运动前期弹头阻力增幅减小,在弹丸运动后期弹头阻力降幅也减小。弹头阻力计算的准确性直接决定了超高射频火炮内弹道数值模拟的准确性。为了提高超高射频火炮内弹道过程数值模拟的准确性,利用二次开发工具UDF将FLUENT软件和经典内弹道（CIB）模型双向耦合计算超高射频火炮弹前流场,得到了超高射频火炮发射过程中第2发弹丸的弹头阻力,分析了不同射击频率下弹头阻力的变化规律。结果表明：FLUENT-CIB模型双向耦合计算能够得到弹前身管内火药气体各个时刻的流场分布,提高了弹头阻力计算的准确性;弹头阻力在弹丸启动后很快由减小变成增大,增大到某个极大值后又逐渐减小,直到弹丸出炮口,这个变化规律在不同射击频率下普遍存在;射频降低,在弹丸运动前期弹头阻力增幅减小,在弹丸运动后期弹头阻力降幅也减小。     

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。     

火箭弹射座椅弹射动力系统内弹道模型建立与计算

在分析火箭弹射座椅弹射动力系统的工作过程的基础上,建立了其内弹道的物理模型和数学模型,并对某型火箭弹射座椅弹射动力系统内弹道进行了试验验证与计算,试验所测膛内气体压力随时间变化曲线与计算曲线基本吻合,弹射过程最大压力pm、工作时间tg、出口压力pg和出口速度vg分别为24.20(24.57)MPa,157(155)×10-3s,22.27(21.83)MPa,16.61(16.59)m.s-1,各特征参数的计算值(实验值)最大误差小于3%。     

管状发射药内弹道模型及计算

该文根据未开槽管状发射药的装药结构特点,将火药床分为管内部区域、管外气相区域与固体发射药三个区域.每个区域建立相应的基本方程组以及初边条件,药条破裂采用临界破裂压力差准则.数值计算结果表明,管状发射药在射击过程中运动位移较小,并且在点传火阶段透气性好,压力振荡幅值小.文中还给出了药条破裂前管内外流场的详细分析.     

高低压室发射弹丸内弹道仿真与试验研究

为了研究高低压室发射弹丸过程中内弹道的参数设计问题,采用经典内弹道理论,结合高低压室发射特点,建立了高低压室发射弹丸内弹道仿真计算模型,设计了一种高低压室发射系统试验装置,对不同喷口大小情况下的高低压室发射弹丸内弹道进行了试验研究,将仿真计算结果与试验结果进行了对比分析,验证了仿真计算模型的合理性。应用该仿真模型分析了高低压室内弹道工程设计中的发射药弧厚、破孔压力、弹丸启动拉力等因素对内弹道性能的影响。研究表明:高压室喷口大小对高压室压力和弹丸初速影响较大,减小喷口半径在一定程度上可以降低火药的能量损失; 发射药弧厚对高低压室内弹道性能影响较大,随着弧厚的增加,高低压室压力降低,弹丸出炮口速度降低; 破孔压力对高低压室内弹道性能影响较小,但应满足高压室内发射药的点火压力要求; 弹丸启动拉力主要影响低压室内压力和弹丸初速,与高压室的压力基本无关。研究结果可为高低压室内弹道结构设计和装药设计提供参考。     

两级提拉式单侧弹射装置内弹道建模与优化

为延长导弹压缩空气弹射的有效推力行程,提出一种新型两级提拉式单侧冷弹射方案。采用Peng-Robinson真实气体方程,建立了弹射内弹道模型;在Simulink中搭建内弹道求解模块、在ADAMS中建立了冷弹射方案的虚拟样机,以气缸输出力、气缸位移和速度为状态变量,实现联合仿真,获得了内弹道参量的变化规律,并基于小型原理样机试验对仿真结果进行了验证。验证结果表明：第1级低压室压强先升后降;气缸换级过程中,低压室温度、压强与导弹加速度发生突变,但对导弹速度、位移影响较小。以气源容积最小为目标函数,选定约束条件和设计变量,应用遗传算法进行优化设计。优化后的气源容积降低了64.5%,优化结果大大提高了发射装置的机动性。研究结果验证了新型两级提拉式单侧冷弹射方案的可行性。     

拉杆活塞式发射装置内弹道建模与仿真

为了进行小尺寸、长行程、低过载发射,设计了一种拉杆活塞式发射装置.根据经典内弹道理论,采用集总参数法对混合装药下舍高低压药室的发射过程建立了内弹道模型;采用四阶龙格库塔法对该模型内弹道过程进行了求解.数值计算结果表明,拉杆活塞式发射具有较低的最大膛压和发射过载,但随着拉杆数量和质量的增加,对弹丸做功效率有所下降.拉杆活...