某火炮身管温度仿真计算及其影响因素分析

火炮射击过程中高温燃气周期性冲刷身管内膛导致内膛壁温升高,从而使以含能材料为主配方的全可燃装药在膛内滞留期间面临更多的热安全性问题.利用双一维两相流内弹道模型与一维轴对称热传导模型,描述了某火炮连续发射过程中的身管传热规律,并通过计算结果与试验测试结果对比,验证了模型的准确性.在此基础上,对持续射击20发的身管温度场进行了仿真,得到了每发射击完成后身管内、外壁温度分布规律,分析了不同环境温度、射击工况及身管厚度对身管温度变化规律的影响.结果表明,射击工况对药室内膛温度径向分布规律影响较大,环境温度、身管厚度对其的影响很小;环境温度、射击工况对药室内壁最高温度达到火炮报警温度的射击发数影响较大,身管厚度对其的影响很小.计算结果为装药射击热安全性、身管热烧蚀及寿命研究提供参考.     

身管受热及其对弹丸膛内滞留的影响

火炮在连续射击过程中壁温升高可能导致弹药在留膛时发生危险或失效。通过对几种典型射击方式的传热过程进行数值模拟,分析了壁内温升曲线的分布特征,考察了射击模式以及壁厚对身管温度响应的影响。在弹丸膛内受热机理基础上建立了某型末制导炮弹滞留预热身管的数学物理模型,在此基础上预测了火炮最大射击工况下弹丸膛内安全停留时间及其身管厚度的影响,结果表明,条件允许时身管厚度的增加可以在一定程度上解决弹丸膛内滞留的热安全性问题。     

导热反问题在身管传热中的应用

为了能准确地测得火炮发射时身管内膛壁的瞬时温度,引进导热反问题技术,通过火炮射击过程中测量身管外壁的温度反演推算出内膛壁温度。提出了运用三维建模软件对导热反问题在身管中的应用仿真,利用有限元分析对仿真模型进行计算的方案。     

大口径火炮身管主动冷却温度场分析

利用有限元软件分析了某大口径火炮身管的温度场分布,并对自然散热条件下的单筒身管和主动冷却条件下的复合身管温度场进行了比较,其结果为(1)身管温度场分布存在初始和正规工况阶段,后者的单筒身管热状态可以通过测定任意两发身管外表面温度来评估;(2)持续射击过程中,单筒身管始终处于非稳态导热过程,主动冷却身管则包括非稳态和准稳态两个过程,实现了身管热状态由不可控向可控转变;(3)对流传热系数h和身管壁厚δ的组合对降低内膛温度具有很大影响.临界对流传热系数hc的存在表明,对自然散热条件下单筒身管来说(h＜hc),在重量、刚度允许条件下,增加壁厚可以达到降低内膛温度的目的;就主动冷却身管而言(h＞hc),选择大h、小δ时需兼顾强度和制造工艺性.     

涉及身管传热的准一维两相流动及其计算

提出了一种用于计算射击过程中火药燃气对身管传热的方法，它是借助在火胞膛内建立的包括气流与身管间传热的不稳定准一维气－固两相流动，还借助在膛壁边界层建立非稳定流而得的有关动量位移厚度的偏微分方程，采用随弹丸运动的半可延伸手风琴式网格，以ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ格式进行有限差分计算，由此引起的膛壁温度分布。     

典型大口径转管机枪热-固耦合效应研究

为研究交变动态热载荷对转管机枪可靠性的影响,建立了某大口径三管转管机枪身管的3种有限元模型。基于一定边界条件和射击规范,对温度和应力数值结果进行了比较。研究了身管温度场及在高频热流脉冲和动态膛压脉冲载荷作用下身管动态耦合应力场的分布规律。结果表明:对于转管机枪,身管温度场可以采用2D轴对称模型以减少数值计算量; 从传热的角度,对由于身管高速转动引起的强迫对流散热,薄身管壁有利于散热,提高寿命; 在发射过程中,热应力对身管强度和寿命的影响起主导作用。     

复合材料身管烧蚀与寿命问题的研究

借助膛内存在的包含气流对身管摩擦和传热的不稳定准一维流,以及复合材料身管管壁内的径向热传导关系,运用MacCormack有限差分格式,计算了武器连发时对流传热引起的复合材料身管膛壁的峰值温度和整个复合材料身管的温度场,并由此估算因热原因引起的复合材料身管的烧蚀量,从而进一步预测其寿命。并且结合了多个设计方案对复合材料身管的烧蚀和寿命预测进行了对比研究,为复合材料身管的综合设计提供了重要的参考价值。     

某火炮身管寿命问题探讨

某小口径火炮,自动机A的额定射速为550发/min,自动机B的额定射速为1 000发/min。两种自动机身管的材料、内膛结构和工艺完全相同,使用弹药的弹道性能也相同。但在身管寿命考核试验中,采用相同的射击规范,自动机B的身管寿命仅为自动机A的64%~70%。以射击过程中身管外侧温度测试结果为基础,进行身管内膛温升的热分析计算,从身管温升角度探讨自动机B身管寿命降低的原因。根据射击过程中身管内膛温度不得超过其材料相变的临界温度点原则,制定合理的射击规范,符合身管的实际使用寿命。     

速射武器身管一维径向传热的数值分析

该文根据射击过程中膛内火药气体温度场的瞬态脉冲特性,给出了膛内火药气体平均温度的变化规律;用能量平衡法导出了含有复合材料的一维轴对称瞬态传热的有限差分方程,并进行了大量的计算,得出了射弹数、射击频率、身管材料导热性能等因素对身管温度场的影响规律.这对从事速射武器身管的烧蚀问题研究以及弹药抗自燃问题,有一定的参考价值.     

火炮身管等效全装药寿命换算方法研究

火炮身管寿命是以全装药射弹量来表征的,因此在进行身管寿命预测时需要将不同装药条件下的射弹量等效成全装药条件下的射弹发数.通过分析身管烧蚀磨损的过程,提出了一种基于膛线起始点输入总热量和膛内输入总压力的火炮身管等效全装药寿命换算方法,并通过对比算例的计算结果,验证了该方法的合理性,在此基础上计算了某型火炮射击时所有装药号的当量换算系数,该系数可应用于火炮射击时身管寿命的等效换算.     

Analysis of Heat Transfer in Actively Cooled Compound Gun Barrel

when a gun fires, a large amount of heat is brought in the barrel. Erosion/wear and security problems(self ignition of the propellant) associated with this high thermal energy have to be solved owing to the use of higher combustion gas temperature for improved cannon performance and firing at the sustained high rates, Barrel cooling technologies are the effective measures for addressing this issue, In view of the importance of having knowledge of the heat flux, an approach to calculate heat flux based on measurements was presented and validated. The calculated heat flux is used as the inner boundary condition for modeling heat transfer in a 155 mm mid-wall cooled compound gun barrel, Theoretical analysis and simulated results show that natural air cooling is dramatically slower than the forced liquid mid-wall cooling, accordingly wear life of actively cooled barrel is increased and barrel overheating is prevented,     

基于火炮膛内气固两相流的热散失模型数值仿真

火炮发射过程中的热散失会影响内弹道性能。在数值仿真时由于直接计算热散失较为困难,通常采用对火药力或者燃气的绝热指数进行修正的方法,但该方法无法准确预测内弹道的性能。为此该文提出了一种基于气固两相流模型的热散失计算方法,从高温燃气与身管内壁的热交换出发,建立热散失模型,并将热散失模型与火炮膛内气固两相流模型耦合,热散失量将在气相能量守恒方程中的源项中考虑。以某155 mm火炮为研究对象,采用MacCormack差分格式求解修正后的气固两相流模型,获得膛内流场变化情况。求解得到的流场参量作为热散失模型和身管传热模型的输入参数,计算出内弹道过程中总热散失量以及身管径向温度分布规律。对给出的2种测试工况进行仿真计算,计算结果与实验结果的比较表明,考虑热散失时各指标误差明显减小,最大压力误差小于1.0%,初速误差小于0.5%。总热散失占火药燃烧后产生总能量的2%～4%。证明了该方法的可行性和优越性,有助于提高内弹道仿真的精度。     

高射速自动机身管热容量分析

针对自动机在连续射击条件下,身管承受高频、高温冲击作用的特点,建立自动机发射过程中身管的热 传导有限元分析模型。采用热传导学理论与有限元方法相结合方法,重点分析不同射弹数、不同身管壁厚和不同发 射方式下,身管内、外壁温度数据的变化规律。该分析可对自动机身管热容量设计提供一定的指导意义。     

某火炮制退机的散热研究

火炮制退机的温升决定了能持续射击炮弹的发数,而精确计算每发射击后制退机的净吸收热量是很困难的。火炮连续射击时,若制退机的温度过高将影响后坐和复进的运动规律以及密封装置的性能。针对上述问题,以某火炮为研究对象,建立其物理模型,施加有关载荷和边界条件,通过AWE软件计算得到单发射击和连续射击后制退机的温度场及其散热的变化规律,并与传统计算进行比较和分析,为制退机的结构设计及射击试验提供参考。     

某火炮制退机散热分析

火炮的连续发射使制退机内液体温度不断升高,当温度达到制退液的沸点时,会导致后坐部分复进不到位,从而造成火炮的故障和损坏。针对这个问题建立了某火炮制退机简化模型,运用Ansys/Flotran软件对火炮的制退机进行散热分析,得出制退机的散热规律及温度分布。结果表明,该方法简单可行,构思新颖,为以后选取有较好散热性能的制退机材料提供依据。     

装甲车辆空调系统动态热负荷计算

建立了装甲车辆的整体温度场的计算模型,提出了利用数值方法计算太阳辐射和发动机的散热对整个装甲车辆的整体温度场的影响,进而通过温度场计算空调热负荷的装甲车辆动态热负荷的计算方法.计算了一天之内的空调系统热负荷的变化情况,并讨论了太阳辐射强度和发动机负荷对空调热负荷的影响.     

基于FLUENT的超高速机械密封换热特性分析

为了研究超高速情况下机械密封与冲洗液的换热特性,确定换热程度的强弱,基于数值计算方法,建市了超高速机械密封装置的流固耦合模型,通过计算得到了温度场,提取了部分面的温度分布,根据公式计算出对流换热系数,所得结果与解析解相近。得出结论：通过该方法计算得到的对流换热系数较为精确：冷却液与动环接触部分的换热能力高于与静环接触部分的换热能力,但差别不大;通过增加冷却水入口冲洗量可有效增强部分壁面的对流换热情况。该厅法可为机械密封设计提供理论依据。     

射击过程中热影响及身管热控制措施综述

射击过程中高温火药燃气及弹带摩擦的热作用造成的热影响，如内膛烧蚀磨损、身管热应力、身管热弯曲、发射药自燃甚至膛炸，引起初速、射程、精度等丧失，严重限制了火炮性能的发挥，成为火炮威力提高的障碍。文中在简述各种热影响基础上，对目前采取的各种身管热控制措施按作用机理，从传热学的角度划分为隔热和冷却两大类，并对具体技术实现作了较详细阐述，同时就大口径自行榴弹炮身管主动冷却问题进行了讨论。     

无水冷条件下温度与热流复合传感器设计与试验

针对飞行试验中参数测量需求,研究长时间飞行过程中无水冷条件下传感器表面温度和热流的快速响应测量技术。在分析环境特点和测量需求的基础上,设计一种自锁紧固的柱塞式复合传感器,根据圆柱体侧面的温度响应处理得到表面温度和热流。提出一种基于最小二乘法的多项式拟合数据处理方法,有限元数值分析表明,该方法能够获得更好的数据抗畸变和抗噪声能力。标定该热流传感器的热流测量结果,得到不锈钢传感器的98%热流响应时间约为0.7 s,热流测量结果受到侧向隔热结构的影响明显。表面温度对比试验结果表明,该传感器所测结果能够反映表面温度对热流的影响。     

助燃条件下硼粉燃烧热测试不确定度分析

为提高硼粉燃烧热值测试的准确性,确定助燃条件下影响硼粉燃烧热值测量不确定度的主要因素,依据硼粉的点火、燃烧特性以及助燃条件下硼粉热值测试原理,采用直接评定法分析了影响硼粉燃烧热值测试的不确定度,进行了硼粉的燃烧热值测试。计算了各因素对硼粉燃烧热测试值不确定度的影响程度。结果表明:影响硼粉燃烧热测试不确定度的主要因素是量热体系的温升、助燃剂的热值、参与燃烧的硼粉的质量,降低系统热容量的不确定度可提高硼粉燃烧热值测量的准确度。助燃条件下测试硼粉燃烧热值的相对不确定度仅为0.95%。