膨胀波枪炮发射性性能若干影响因素的研究

膨胀波枪炮利用延时打开膛尾的方法实现了在不降低弹丸初速的前提下大幅度减小枪炮后坐的目的。提出了膨胀波枪炮发射过程的四阶段物理模型,采用准一维准两相流理论建立了膨胀波枪炮发射过程的动力学模型,以14.5 mm膨胀波弹道枪为例,计算并分析了膛尾打开时间、装药量、药室容积、身管长度、弹丸质量以及尾喷管长度、张角等参数对膨胀波枪炮的减后坐效率、弹丸初速等发射性能的影响规律,并提出了一种崭新的利用调节开尾时间来控制膨胀波枪炮初速和射速的技术方案。     

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。     

膨胀波火炮内弹道初步研究

膨胀波火炮是在保持弹丸炮口速度不变的情况下,提前开启闩体使发射药气体后喷,从而大幅度减小火炮的后坐动量的一种新发射原理.该火炮是解决火炮系统威力和机动性矛盾的一次革命性变革.应用两相流内弹道理论,针对某口径火炮发射过程建立了理论模型,并进行了数值模拟,给出了开启闩体后波的传播的运动规律,指出了该火炮减小后坐动量应采取的措施.     

模块装药火炮内弹道二维两相流数值预测

根据模块装药火炮复杂装药结构的特点,考虑了隔仓及环形间隙区的作用并建立了轴对称二维两相流内弹道理论模型。数值预测结果表明,膛底、药室口部曲线与实验有较好的一致性。文中还给出了模块装药膛内发射过程的详细计算结果,对于指导该类装药设计具有重要意义。     

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。     

基于两相流方程的内弹道相似性分析

该文用量纲分析的方法，从两相流方程组出发，导出了火炮原型与内弹道模拟装置应满意的相似条件，并进行了简要分析。     

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.     

惯性炮尾式膨胀波火炮内弹道建模与仿真

根据膨胀波火炮后喷装置的工作特性,对惯性炮尾式膨胀波火炮进行了内弹道建模与仿真,并将仿真结果与同型号常规封闭火炮的内弹道性能进行对比．结果表明,在相同装填条件下,膨胀波火炮在不影响弹丸初速的前提下能大幅度减小火炮后坐冲量和身管温度．     

火药颗粒床中的爆轰波结构

用两相连续混合理论研究了火药颗粒床中的两相稳态爆轰波特性。发现相间传热和压缩效应不是决定两相爆轰结构的重要机理，分析了两相稳态爆轰和均相ＺＮＤ理论的差别，讨论了一维两相稳态爆轰的存在条件，为高密实火药床避免爆轰的危险提供了重要信息。     

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。     

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。     

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。     

膨胀波火炮后喷装置流场性能分析

根据膨胀波火炮的工作原理,采用“隔离体”方法分别对系统的后喷装置和发射装置进行单独建模。利用Fluent软件的自定义功能将内弹道程序嵌入到Fluent中进行耦合计算,准确地描述了计及后喷装置动态打开过程的内弹道过程。通过对不同类型的后喷装置流场的计算分析和性能对比,为膨胀波火炮后喷装置结构设计和性能优化提供了理论参考。     

Analysis on Venting Time of Rarefaction Wave Gun

Based on the operation principle of rarefaction wave gun, the selection and calculation methods for venting opportune moment are invastigated. Considering property of the rarefaction wave, taking the center of muzzle section as initial calculation point, supposing that at the moment projectile arrives to the muzzle, the rarefaction wave arrives to the base of projectile, the rarefaction wave velocity along the barrel can be obtained by fitting calculation of the interior ballistic data of the same closed gun and reverse deduction. And then, the optimal venting time can be found out correctly based on the rarefaction wave velocity.     

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。