喷气反推式低后坐力武器内弹道机理研究

喷气反推式低后坐力武器通过从膛内导出部分火药气体经喷管向后喷射实现了大幅度减小后坐冲量的目的。运用准一维准两相流理论建立了其内弹道过程的动力学模型,以14.5mm喷气反推式低后坐力弹道枪为例进行了数值计算,并将计算结果与普通机枪的内弹道过程进行了对比。计算结果表明,在结构参数匹配合理的情况下,14.5mm口径的喷气反推式低后坐力武器能以仅损失6.3%的初速的代价减少40.56%的后坐冲量,这一性能对于增强单兵和轻型作战平台的火力具有重要意义。     

内能源转管武器喷管气流数值计算

提出了一种内能源转管武器实现高射频低后坐的新型驱动技术--喷管气流反推驱动技术.建立了喷管气流反推驱动模拟实验装置的喷管数值计算模型,考虑导气管火药气体对身管流出流进,数值计算取得的结果与实验基本一致.     

转管机枪喷管气流反推驱动技术研究

对三管转管机枪新型驱动技术-拉瓦尔喷管气流反推驱动技术进行了研究.喷管气流反推驱动装置同时还具有制退减后坐功能.建立了该驱动装置的数值计算模型,对某转管机枪各性能参数进行了计算.计算结果和原型样机的试验数据表明,喷管气流反推驱动是-种切实可行的新原理、新方法,可以起到明显的增射频和减后坐力作用.     

大口径膨胀波火炮减后坐效率分析

相比于常规火炮,膨胀波火炮在保证炮口威力的同时实现了低后坐、低身管热量的发射过程,使火炮性能显著提高,因此其内弹道研究对于武器系统的改进有着重要意义。针对某型大口径膨胀波火炮的发射过程,构建一维均相流内弹道模型,采用CTVD差分格式求解该模型,得到该膨胀波火炮膛内各参量的变化规律,并与常规火炮后坐冲量进行对比。结果表明,与同类型常规火炮相比,大口径膨胀波火炮通过膛底排气,在基本不降低弹丸速度的情况下可以有效减小后坐力,减后坐效率达到26.1%。在合理范围内降低初速,减后坐效率将达到47.3%。     

双药室低后坐能弹药技术研究

为了大幅降低火炮发射时的后坐力并保持弹丸初速基本不变,设计了一种双药室低后坐能弹药和验证火炮机构。根据火炮内弹道理论和火箭发动机内弹道理论,建立了一种基于双药室低后坐能弹药的内弹道模型;通过正交试验法分析了弹药后药室喷管喉径、装药质量及燃速对弹药前推力的影响,确定了与弹药前药室底推力规律和总冲量大小相当的最优设计方案,得到了火炮后坐运动部分发射过程中的受力规律。仿真计算表明:发射某中口径火炮弹丸的后坐冲量可减少82. 1%,初步验证了火炮发射双药室低后坐能弹药技术可行,对未来大幅减小火炮的后坐力和提高火炮机动性具有重要意义。     

双孔式拉瓦尔喷管减后坐结构效能分析

为了深入研究拉瓦尔喷管减后坐结构,提出了一种新的拉瓦尔喷管减后坐结构———双孔式拉瓦尔喷管减后坐结构,利用一维两相流理论建立其发射过程动力学模型,以某航炮为研究对象进行数值仿真计算,分析了2个导气孔之间的距离对弹丸速度和减后坐效率的影响,并将其与单孔喷管前置式减后坐技术进行对比分析。计算结果表明,较之单孔喷管前置式减后坐结构,该方案在弹丸初速下降较小的情况下,最佳减后坐效率高达32.85%。     

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。     

导气与枪管浮动混合式自动机动力学特性研究

为了研究导气与枪管浮动混合式自动机在高初速榴弹发射器上应用的可行性及通过调节导气装置结构参数匹配枪管组件与枪机框组件后坐能量达到降低武器系统后坐力的目的,基于气体动力学理论和热力学理论,推导考虑热量散失及枪管浮动作用的内弹道和导气装置气流问题的基本方程组。利用该计算模型对高初速榴弹发射器发射动力学进行仿真,得出武器系统自动机运动特性曲线及后坐力随时间变化的曲线。将仿真结果与实验结果进行对比,验证模型的正确性。探讨导气装置导气孔直径、导气孔开孔位置、导气室初始容积结构参数对导气室气体压力变化的影响规律,并分析其对自动机速度曲线及后坐力的影响。在完成自动机自动循环的前提下,采用导气与枪管浮动混合式自动机可将武器的最大后坐力控制在1 100 N内,实现武器低后坐发射。     

一种降低后坐力的火炮发射方法

将弹丸、后坐部分和发射药组成的火炮试验装置看作是一个自由后坐的质点系，利用质点系动量定理和动量守恒定理，建立了火炮射击过程中后坐部分的运动方程，根据数值分析计算得知：当膛底压力达到最大值时，爆破片被剪切，使火炮在膛内时期即开闩排气，对火炮产生向前的强大推力，从而减小火炮后坐力。试验结果表明：与传统后膛火炮相比，弹丸炮口速度基本保持不变，而后坐力却降低了50％以上。这种火炮发射方法在解决火炮威力与机动性这对矛盾上，开辟了一条新的技术途径。     

一种降超压值的高效率身管装置流场分析

炮口制退器是火炮上重要的减后坐力装置,可以有效降低后坐力和后坐位移。但随着炮口制退器制退效率的提高,炮口超压值带来的危害显著增大。针对某型高效率炮口制退器带来的炮口超压值过高的问题,提出一种基于封闭反射膨胀原理的身管装置。采用N-S方程和k-e两方程模型,建立含弹丸的三维数值模型,应用动网格技术和用户自定义函数(UDF)模拟弹丸在发射过程中的运动。通过实验和仿真结果发现,安装炮口装置和身管装置的方案与只安装炮口装置的方案相比,在制退效率仅下降了3%的情况下能够实现监测点的超压峰值下降约60 MPa,为火炮减后坐力方法提供了新思路。     

某小口径火炮多功能膛口装置流场数值仿真

针对小口径火炮身管长度和后坐力与无人作战平台不匹配、传统膛口装置功能单一等问题,设计集制退、 消声、消焰为一体的多功能膛口装置,提出一种适用于该膛口装置的超压分布模型。采用截短型火炮身管,利用Fluent 软件建立2 维轴对称气体动力学模型来计算膛口流场;采用大涡模拟模型,使用Ffowcs Williams and Hawkings 方法 计算噪声变化情况,结果显示,该膛口装置的制退效率为70%,消音率为17.8%,制退效率与实验误差为14%,消 音率与实验误差为11%。数值仿真结果表明：该膛口装置能有效降低火炮后坐力,并且在射击时有良好的隐蔽性, 满足现代战争的需要。     

带膛口助旋制退器的转管机枪动力学建模与仿真

基于气体动力学理论,建立了转管机枪膛口助旋制退器的气体动力学数值模型,以此计算了助旋制退器的助旋力和制退力。通过改变助旋制退器沿枪管轴线的纵向尺寸,分析了助旋力和制退力随管道腔长度的变化规律。结合内能源转管机枪发射动力学模型,分别对未安装和安装有不同长度的膛口助旋制退装置的转管机枪系统进行了动力学仿真。仿真结果表明,在一定范围内增大助旋器管道腔沿枪管轴线长度可以有效地增加助旋力和制退力。安装膛口助旋制退器,能够实现对内能源转管机枪射频的有效提升。     

某大口径火炮发射弹丸启动压力研究

火炮发射时火药燃气压力将弹丸挤入炮膛,适当的挤进阻力能够减小初速或然误差、提高弹道一致性,是复杂的力学与火药燃烧耦合的过程。经典内弹道理论提出了启动压力假设,当火药燃气平均压力高于启动压力时弹丸开始运动,该假设导致启动压力物理含义不清楚、数值难以确定。本文以弹丸挤进过程和经典内弹道假设为基础,建立了弹底压力冲量与弹丸直线运动动量之间的数学关系,提出了弹底压力的冲量、截尾冲量与虚拟弹丸动量的关系。由于弹丸运动方程的积分形式更能反映出启动压力所具有的冲量物理意义,由此提出了一种确定弹丸启动压力的计算方法。以某大口径线膛火炮发射某榴弹为例,建立了弹丸挤进过程仿真模型,使用光滑粒子流体动力学法对某装药条件下弹带挤进过程进行了模拟,得到了挤进阻力和弹丸运动位移、速度等参数,采用本文提出的数值方法计算了等齐膛线和渐速膛线时弹丸启动压力。在以最大挤进阻力为特征点时,不同膛线形式对启动压力的数值有一定的影响,等齐膛线工况时的启动压力较渐速膛线时的启动压力略大。     

定向反射膨胀装置作用特性研究

为实现冲击波尽量小的高效后坐,提出了定向反射膨胀原理,设计了相应的装置。运用一维准定常气体动力学理论,建立了气体动力学模型,根据实际情况选定模型参数进行数值分析,得到了装置减后坐效率及弹丸炮口初速等理论分析结果; 根据理论分析结果确定了实验装置的基本参数,设计实验并在某30 mm口径的火炮上进行定向反射膨胀装置的实验验证。实验测试结果表明,理论分析结果与实验测试结果基本一致,验证了定向反射膨胀装置作用特性研究的正确性,为定向反射膨胀原理及装置的继续研究打下了基础。     

转管炮旋转发射惯性对弹丸起始扰动的影响分析

研究转管炮发射时身管旋转所导致的惯性力、科氏力对弹丸起始扰动的影响,建立了同时考虑弹丸旋转惯性力和科氏力的半约束期内起始模型,估算了身管旋转发射时运动弹丸的偏角变化规律,结果表明旋转离心力和身管组半锥夹角导致的科氏力对弹丸起始扰动的影响,弹丸偏角随身管转速的增加而线性增加,特别是高转速时,由切向速度所引起的弹丸的偏角更大.这为转管武器的射击精度研究提供了参考.     

改进气体流量计算方法的迫榴炮内弹道模型

内弹道计算对炮弹发射有重要意义.文中研究了迫榴炮发射迫弹时的内弹道模型,将膛内气体流出过程类比喷管气体流动过程,针对气体流出量的计算进行了详细的讨论.然后在Matlab软件中运用四阶Runge-Kutta法对某型120 mm自行迫榴炮发射迫击炮弹内弹道过程进行插值求解,并用CFD++软件对发射过程进行仿真.利用该模型计算所得膛压及出炮口速度与实验所测基本一致,火药气体流动状态与仿真结果相符,仿真与实验结果均证明了该模型的正确性、可靠性.     

涡轮驱动悬浮装置动力特性分析和试验

为了研究悬浮子弹药悬停装置的可行性,设计了一种侧进气涡轮驱动悬浮装置,并进行了动力学分析和试验研究。组合动量理论和叶素理论建立了悬浮装置提升力分析模型,同时建立了侧进气涡轮动力分析模型,并通过试验,得到悬浮装置提升力大小和喷嘴分布、射流入射角与质量流率对涡轮驱动性能的影响。     

水下弹丸不同攻角流场特性研究

针对水下弹丸在不同攻角下的流场特性,基于Rayleigh-Plesset 方程、VOF 多相流模型,建立一种弹丸水 下运动过程的数值模拟方法。对比分析相同初速条件下,弹丸以不同攻角运动对运动过程中的空泡形态、流场演化 及受力特性的影响。结果表明：攻角越大,弹丸的空化效果越差,在运动过程中受到的升力和阻力也会越大,将严 重影响弹丸的水下弹道稳定性。