单模块装药膛内流场特性试验及数值仿真

模块装药是目前大口径加榴炮主要的装药结构之一。为了更加精确地研究单模块装药膛内燃烧的内弹道特性,分析膛内燃气流动及压力波变化规律,设计了模块装药燃烧模拟试验平台,并进行了单模块装药的膛内燃烧试验。根据模块装药的特点,分区域建立了模块装药轴对称二维两相流内弹道模型。基于高阶精度MUSCL（Monotonic Upstream-centered Scheme for Conservation Laws）格式,数值模拟了单模块装药药室内部点传火过程。结果表明,计算结果与试验结果吻合较好,不同测试点的压力曲线的计算峰值误差均低于4%,表明所建立数学模型和使用的计算方法能够较好地描述单模块装药药室内部燃烧过程。结果还发现,在t=5.0 ms前,由于模块未破裂,药盒端盖的阻隔导致主装药燃气无法及时向药室扩散,仅传火管燃气对膛内流场造成微弱的影响,这一时期药室内部压力最大值比传火管右端未破膜前仅上升约4.3%;当模块破裂后,模块与药室边界处存在3.05 MPa的压力梯度,使得火药燃气及固相颗粒沿轴向快速向药室自由空间流动,在弹丸底部区域形成较强反射压力波;随着时间的推移,压力波反复震荡,并逐渐减弱。     

基于内弹道改进型零维模型的装药优化仿真

根据火炮实际射击过程的特点 ,对经典内弹道模型进行部分修正 ,考虑了传火过程及挤进过程等 ,建立了改进型的内弹道零维模型 ,并提出了相应的优化模型 .利用最优化方法对内弹道装药条件、传火及挤进过程进行了优化分析 ,结果表明 :点传火及装药优化分析为提高火炮内弹道性能提供了理论方法和强有力的工具 .     

基于CE/SE方法对模块装药点传火过程的数值模拟及特性研究

为了深入探究模块装药的点传火特性,设计了一种金属模块药筒进行了点传火试验并对试验过程进行了仿真分析,建立了试验条件下的内弹道气固二维两相流模型,采用CE/SE方法对其进行了编程求解,获得了膛内流场参数的变化特性,数值结果与实验结果吻合较好。数值结果揭示了点传火过程中传火管及主装药区压力分布的变化过程、气相的流动规律及其径向传播效应对模块主装药区发射药燃烧的影响;药筒尾部膜片的破裂会导致燃烧室内自由空间区域形成激波现象,对这一激波形成的原因进行了探讨,并对假设工况下的传火孔破孔的燃气射流过程进行了仿真,研究了破孔条件下主装药区的气相流动及升压规律。综合结果表明模块装药条件下传火管燃气的径向效应在整个点传火过程中较为明显,并且装药结构的特殊性易引发激波现象的产生。     

模块装药的内弹道分析

压制火炮中 ,模块装药以其模块化的装药结构特征及模块材料参与发射过程的装药组成特征 ,不同于传统的装药方式 .本文以模块装药的弹道试验及弹道计算为基础 ,分析发射过程中 ,模块化的传火及装药结构 ,高燃烧猛度的模块材料对弹道性能、弹道安全性的影响 ,分析模块材料低爆温特征及质量跳动对身管烧蚀性及弹道稳定性的影响 ,反映模块装药的内弹道特征     

单模块装药点传火过程中药粒散布模拟试验与仿真

为了深入了解模块装药点传火过程中的药粒散布特性,设计了可视化模块装药点传火试验平台,针对Φ130 mm×100 mm的单模块装药的点传火过程进行试验,通过高速摄像系统记录了单模块装药点传火、药盒破裂及药粒飞散过程;基于气相-颗粒相耦合的方法,建立了模块装药药盒破裂及药粒飞散三维非稳态气固两相流模型,数值模拟了模块不同初始装填位置对单模块装药点传火过程中药粒散布特性的影响。模拟结果表明,模块初始装填位置距底火端分别为40,80,120 mm和150 mm四种模拟工况下,单模块装药点传火过程中,药粒最终均分布在药盒及其破裂端面右侧的药室内,自底火侧向控压膜片侧分别呈现为水平堆积和坡状堆积的组合形态;模块初始装填位置与底火端距离从40 mm增为150 mm时,水平堆积轴向长度由269.5 mm减为200.4 mm,坡状堆积坡度角由25.03°降为21.31°。随着模块初始装填位置向右移动,药粒水平堆积轴向长度变短,堆积厚度增加,坡状堆积坡度角减小;数值模拟结果与试验观测到的药粒坡状堆积形态基本吻合,验证了模型的合理性。     

基于CE/SE方法的某大口径火炮模块装药内弹道数值模拟

建立了基于CE/SE方法的模块装药一维两相流内弹道数学模型,并利用该模型对某大口径火炮的发射内弹道过程进行了模拟,获得了膛压、气相速度、空隙率等内弹道参数的时间演化过程和轴向空间分布规律。通过将膛压曲线和内弹道相关参数的模拟结果与试验结果的对比,验证了模块装药一维两相流内弹道数学模型的正确性。利用该模型研究和分析了可燃容器能量以及装药长度等参数对内弹道环境的影响。结果表明,可燃容器能量越大或者装药长度越小,膛内压力波动现象越明显,膛底和坡膛处压力与时间曲线均会产生压力双峰现象,且最大负压差以及膛底、坡膛压力曲线的初峰值随着可燃容器能量的增大或者装药长度的减小而逐渐升高。研究结果对指导大口径火炮装药设计、内弹道环境优化设计具有重要意义。     

模块装药压力波数值模拟

应用两相流内弹道理论,以模块装药火炮内弹道试验为背景,建立了模块整体运动的两相流内弹道模型,并对小号装药进行了模拟。数值模拟结果与试验结果有较好的一致性。通过分析得到了影响小号装药压力波的两个主要因素。研究结果对改进小号装药的装药结构,确保模块装药的安全性和稳定性有重要意义。     

大口径火炮发射装药点传火模拟试验装置的研究

设计了一种大口径火炮发射装药点传火系统的模拟试验装置,用于测定大口径火炮装药点传火实体的燃烧特性。通过在该模拟试验装置上进行不同点传火结构方案的试验研究,筛选优化出点传火结构方案,进行了装药内弹道验证试验,测得膛压曲线光滑,压差曲线呈衰减状。实验说明该模拟装置,可以对不同点传火结构方案进行对比、筛选,为大口径火炮装药点传火结构设计以及火炮射击试验初期的安全评估,具有指导作用。     

模块装药膛内火焰扩散过程的理论研究

模块装药结构的复杂性增加了膛内发射过程实验诊断的难度与不可预计性。本文建立了两相流内弹道模型，考虑了模块运动以及初始装填分布等多方面因素，利用该模型计算结果与实验结果吻合得较好。该模型及程序可以用来模拟模块装药内弹道早期点火，火焰扩散，装药床的移动以及压力波的发展过程，从而为这类装药的设计提供了理论依据。     

榴弹炮装药结构对内弹道性能的影响

装药结构是影响内弹道性能的一个重要因素，通过对某榴弹炮发射装药结构的讨论，从点传火系统、基本装药等方面论述了榴弹炮装药结构对内弹道性能的影响。     

小口径可燃药筒与发射药匹配性研究

采用密闭爆发容器试验的方式,研究不同配方的可燃药筒和不同配比混合装药的燃烧性能,并通过内弹 道性能试验研究不同发射药与可燃药筒占比下的内弹道性能及其燃尽性。试验结果表明：合适比例的含能纤维能提 高药筒的燃速和力学性能,采用3/7-单作为主装药与可燃药筒配合能有效提高内弹道性能和燃尽性,可提高内弹道 模型的准确性。     

基于多层发射药内弹道模型的软件设计与实现

建立了多层发射药内弹道模型,并以该模型为基础,采用MATLAB程序语言进行软件开发,介绍了软件体系的结构和程序流程,并用模块化思想提高软件的可扩展性和重用性;利用编制的软件对多层发射药内弹道过程进行仿真模拟计算,并将模拟计算结果与30 mm口径火炮的内弹道性能实验结果进行对比;结果表明:采用本模拟计算软件所得计算结果与试验结果吻合,具有较好的一致性,为多层发射药的内弹道性能研究以及发射药装药设计提供理论参考依据。     

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。     

半可燃药筒埋头弹内弹道性能数值模拟

为了提高埋头弹药轻量化程度及发射过程的能量利用率,将可燃药筒材料应用到埋头弹药的结构中。基于二次点火和火药程序燃烧技术,将可燃药筒简化为变燃速片状药,并作为混合装药中的一种,建立了半可燃药筒埋头弹零维内弹道模型。对105 mm埋头式榴弹射击试验进行数值模拟,验证了所建模型的正确性。在此基础上对105 mm半可燃药筒埋头式穿甲弹的内弹道性能进行预测分析,得到最大膛压为537.5 MPa,炮口初速为1 667 m/s。     

可燃容器对小号模块装药压力波影响的研究

分析了双元模块装药小号装药的结构特点,针对小号装药的2号装药压力波现象较为突出的问题,建立了双一维多相流内弹道模型,给出了可燃容器燃烧规律,分析了可燃容器能量参数对压力波的影响。通过对可燃容器不同能量参数的对比试验研究及利用多相流内弹道理论仿真分析,得到了可燃容器能量特性对2号装药压力波的影响规律,理论仿真结果与试验结果一致,为分析小号装药压力波现象及可燃容器参数优化设计提供一定参考。     

液体发射药迫击炮内弹道燃烧稳定性

为研究液体发射药迫击炮内弹道特性,搭建60 mm液体发射药迫击炮瞬态测试系统,对其燃烧室压力变化与迫击炮弹初速进行测试。在试验基础上,基于非定常欧拉-拉格朗日模型和液体发射药蒸发-燃烧模型建立带燃烧反应的液体发射药迫击炮两相流计算模型,对内弹道过程中的反应流场进行模拟,分析复杂气相流场与液体发射药喷射燃烧间的耦合关系及压力振荡形成机理。结果表明：60 mm液体发射药迫击炮燃烧稳定性好,具有工程化潜力;数值模拟与试验结果吻合度较高,且可以复现压力振荡现象,计算模型具有合理性;液体发射药的喷射与燃烧均受燃烧室内气涡的影响;反射波引发的液体发射药集中燃烧使压力表现为一种振荡发展。     

再生式液体发射药火炮中雾化燃烧过程的模拟

再生式液体发射药火炮（ＲＬＰＧ）内弹道过程最为棘手的问题是对液体（ＬＰ）射流从贮液室喷注到燃烧室，射流破碎形成具有一定尺寸分布的液雾及液滴燃烧这一复杂过程如何进行数学描述。为此提出了一个再生式液体发射药火炮的内弹道改进模型，模型中考虑了膛内气流运动的拉格朗日问题。为此基础上，模拟了液体药雾化燃烧过程。对提出的几种雾化燃烧模型进行了比较，同时与Ｃｏｆｆｅｅ编码计算结果也进行了比较。     

液体发射药迫击炮内弹道建模及性能分析

为了将液体发射药技术应用于迫击炮,针对液体药侧喷结构,在考虑迫击炮基本装药燃烧过程,并计及活塞气室气孔对燃气的节流作用的基础上,建立了再生式液体发射药迫击炮内弹道模型。数值模拟了液体发射药迫击炮内弹道过程,分析了活塞气室气孔、喷射启动压力、喷射孔面积、液体发射药装药量等结构参数对迫击炮内弹道性能的影响,结果表明:活塞气室导气孔面积、喷射孔面积对各腔室的压力及弹丸初速影响较大; 液体发射药装药量对初速提高有明显作用,通过匹配系统结构参数及装填条件,在不增大最大膛压的同时可有效提高初速。该文所建模型将为液体发射药迫击炮结构优化和样机研制提供理论参考。