底排药柱点火燃烧特性研究

论文运用试验方法对底排药柱点火可靠性、点火烧蚀性及燃烧速度进行试验研究及计算分析，摸清了底排点火燃烧机理，为底排弹的内弹道计算与工程设计提供参考。     

底排药柱初温对射程的影响

本文从理论和实验上证实了底排药柱初温对射程有较大影响，它将产生较大的射击偏差，降低射击命中率。为了提高射击命中率，在射表中要增加对底排药柱初温的修正项；在大控弹道模型中应当包含药柱初温的影响因素。     

底排点火具参数设计及其与底排药柱的匹配

介绍了点火具静止测时装置的设计思路，论述了点火具的主要技术指标－常温燃烧时间的控制以及提高其精度的途径；研究了点火具喷气孔径、装药量对底排弹弹道性能的影响以及点火具技术参数与底排药柱力学性能之间的匹配关系。     

影响底排药柱二次点火的参数研究

介绍了来流引射、不同点火位置及弹丸旋转对底排药柱二次点火影响的风洞模拟实验研究，获得了不同条件一的Ｐｂ－ｔ曲线及实际燃面状况，表明来流引射和点火位置是影响二次点火一致性的重要参数。     

AP/HTPB老化复合底排推进剂热物性实验研究

为研究底排装置内底排药剂点火燃烧特性并提高数值计算准确性,用差示扫描量热仪(DSC)和热导仪对比研究了某155 mm底排弹用未老化和经自然老化(在密封塑料袋内室温保存20余年)的高氯酸铵(AP)/端羟基聚丁二烯(HTPB)底排药剂的比热容和导热系数。结果表明,老化底排药剂20℃·min-1升温时DSC曲线的最大吸热峰温度和最大放热峰温度分别为253.52℃和437.54℃。基于DSC曲线和多项式拟合法得到了40~180℃温区间的比热容与温度的依变关系。老化底排药剂的比热容平均值和导热系数分别为0.9868 k J·kg-1·℃-1和0.2292 W·m-1·K-1。未老化底排药剂的比热容平均值和导热系数分别为0.8887 k J·kg-1·℃-1和0.4020 W·m-1·K-1。与未老化药剂相比,老化药剂的比热容增大约11%,而导热系数减小约43%。     

底排装置工作不一致性对射程散布影响的研究

底部排气弹与传统制式弹相比的主要特点是射程远但散布大。影响其射程散布的重要因素之一就是底排装置工作的不一致性。通过建立底部排气弹底排装置内弹道和外弹道计算模型,基于独立随机假设理论,采用数值模拟方法,计算分析了由于点火具点火延迟时间、底排装置工作时间和底排药剂部分脱落造成质量偏差的不一致性对射程散布的影响。得到了平均单位点火延迟时间、底排装置工作时间和质量偏差引起的射程改变量。对于单位点火延迟时间引起的射程改变量630m与试验结果667m吻合较好,故在此基础上的计算模拟结果具有一定的工程应用参考价值。     

某点火器点火药柱耐冲击性分析与试验研究

针对某新研点火器进行2m跌落试验后点火药柱出现断裂问题,进行了耐冲击力分析与试验研究。结果表明:因点火器管体加长,支撑垫点接触设计不满足药柱缓冲效果,点火药柱在冲击过程中出现应力集中区域幵发生断裂,通过将支撑垫点接触改进为线接触,解决了该故障。     

烟火底排药剂燃烧性能试验研究

烟火底排药剂的燃烧性能是进行底排弹外弹道计算的重要基础数据之一．文中简要地介绍了烟火底排药剂静态燃烧性能试验装置以及初步的试验结果．归纳出的烟火底排药剂燃速公式满足底排弹工程计算的需要．     

AP/HTPB复合底排推进剂初温对弹丸落点散布的影响

为了定量分析AP/HTPB复合底排推进剂初温对弹丸落点散布的影响,引入了AP/HTPB复合底排推进剂燃速初温敏感因子(σp)。鉴于AP颗粒对底排推进剂燃速起主导作用,计算分析了Glick、Kubota及BDP三种模型AP颗粒初温敏感因子模型的结果。底排装置内工作压力接近0.1MPa且变化不大,故取常值σp=0.43%/K。针对某155mm底排弹,通过建立其内弹道及6D外弹道模型并联立求解,计算了底排推进剂初温对弹丸落点散布的影响,发现射程对温度的敏感因子约为8.22m·K-1,侧偏对温度的敏感因子约为0.447m·K-1,射程随初温的变化率与文献值比较接近,误差为12%。     

基于药柱变燃速燃烧的底排减阻增程方法

为了深入研究底部排气弹减阻增程的特性,进一步提高弹丸的射程。针对国内某155 mm底排弹,建立了不同燃速燃烧的底排药柱、变燃速燃烧的包覆药柱和药柱包覆层位置的变化三种情况下的燃烧模型,模型中引入了燃速改变系数,并通过数值计算分析了其对底排弹减阻和增程的影响。结果表明,当燃速改变系数从0.7增加到1.2时,底排工作时间减少27.08 s,射程减少1.16 km,增程率减少3.86%;变燃速燃烧的药柱在内层采用高燃速燃烧,外层采用低燃速燃烧的增程率可达32.33%;对药柱分层燃烧位置优化后,在距药柱内环约1/4处有最佳射程39.76 km。因此,可以通过寻求底排药柱最优的分层位置,采用变燃速燃烧的方法来改善底排弹减阻增程特性,且这种方法具有普遍适用性。     

底排装置点火性能对底排弹射程及密集度影响的计算分析

该文利用外弹道学的层权理论,分析计算了底部排气弹底排装置的点火必能对阻力系数沿全弹道分布的影响规律,指出点火性能对底部排气弹射程及密集度的影响主要体现在底排工作段上.利用这一思想计算分析了满足战技指标的平均点火时间和点火时间散布.     

底排点火具射流特性对点火延迟时间的影响

为了研究底排点火具射流特性对底排药柱点火延迟的影响,基于一种两相流点火理论模型和一定的假设条件,针对某155 mm底排弹出膛口后的二次点火过程及点火射流特点,就底排点火具的两相射流点火过程进行了数值模拟.计算得到了点火软化和延迟时间,给出了底排药柱着火燃烧前的径向温度分布情况,分析了点火射流温度、固相颗粒直径、颗粒相浓度参数变化对点火软化时间和点火延迟时间的影响,研究结果对指导点火具和底排药柱的改进设计具有参考价值.     

底排装药点燃特性的实验研究

本文对底排装药静态点火试验的p～t曲线,进行了分析研究.阐述了底排装药被点燃时发生的各种现象,规纳出装药的点燃特性,提出了一些有利于底排装药点燃的改进方向.     

装药尺寸对高氯酸铵/端羟基聚丁二烯底排药烤燃特性的影响

为研究装药尺寸对高氯酸铵（AP）/端羟基聚丁二烯（HTPB）底排药烤燃响应特性的影响,基于AP/HTPB两步分解反应机理,建立底排药柱烤燃计算模型。分别选取装药长度为72 mm 和内孔直径为 43 ~53 mm、内孔直径为43 mm和装药长度为72~90 mm的圆环柱状底排药,在1.0~ 10.0 K/min加热速率下对某底排装置的烤燃特性进行数值模拟。结果表明：在相同加热速率和装药长度条件下,随着装药内孔直径的增大,底排药的烤燃响应时间缩短;当装药内孔直径不变,装药长度增加至90 mm,底排药的烤燃响应时间明显缩短;装药尺寸的变化对底排药的烤燃响应位置的影响较小;在1.0~2.5 K/min中速烤燃条件下,随着内孔直径和装药长度分别增大,底排药的烤燃响应温度逐渐增大;在5.0~10.0 K/min快速烤燃条件下,装药尺寸的变化对底排药的烤燃响应温度的影响较小。     

短切碳纤维对AP/HTPB底排推进剂力学性能的影响

为了提高高氯酸铵(AP)/端羟基聚丁二烯(HTPB)底排推进剂的力学性能,在原始AP/HTPB底排推进剂配方中添加质量分数分别为0.3%和0.5%的2 mm短切碳纤维。对含短切碳纤维的AP/HTPB底排推进剂进行静态单轴拉伸、压缩性能实验。用扫描电镜(SEM)进行试件断裂面微观分析。实验结果表明:添加质量分数为0.3%和0.5%的2 mm碳纤维的AP/HTPB底排推进剂的拉伸强度分别提高了11.7%和33.0%,压缩强度分别提高2.1%和7.8%。短切碳纤维分布在HTPB基体中。短切碳纤维与HTPB基体的黏结性能良好。新型含短切碳纤维的AP/HTPB底排推进剂的破坏主要由AP颗粒脱粘引发。短切碳纤维对HTPB基体中微裂纹的发展有抑制作用。显示短切碳纤维是良好的AP/HTPB底排推进剂的增强体。     

Analysis of Micro-scale Flame Structure of AP/HTPB Base Bleed Propellant Combustion

A complex multiple flame stracture is formed dining the combustion of AP/HTPB base bleed propellant. The AP monopropellant flame is concentrated in a thin zone above the burning surface of AP mystal to maintain seK-sustained decomposition. Due to the low temperature near the burning surface, the diffusion between the decomposition products of AP and the pyrolysis products of HTPB occurs, and a partly pre-mixed diffusion flame stracture-leading edge flame （LEF） is formed. The effects of pressure, chemical reaction rate and AP particle size on diffusion flame structure in the ravage from 20 arm to 100 ann are discussed. The Peclet number increases from 6.64 at 20 ann to 21.91 at 100 ann when AP particle size is 140 μm. The high temperature zone is blown away from the burning surface because the convective transport rate increases with the increase in Peclet number. The chemical reaction rate is enhanced and the diffusion mixing is hlhibit ed as Damkolfler nunlber increases. The chemical heat release is more concentrated axed the chemical reaction zone becomes nan＇ow when Damkolfler nunlber changes from 330 at 20 ann to 4700 at 100 atm. When AP particle diameter is decreased to 60 μm, the diffusion time scale is reduced due to the reduced diffusion length scale. So the diffusion mLxing is enhanced a more pre-mixed flame is formed. The burning rate increases because the more pre-mixed     

底排弹底排装置内弹道参数计算模型

本文给出了求解底排弹底排装置内弹道参数的方程组,并在试验研究的基础上建立了能反映几种主要因素对底排药剂燃速影响的新的燃速公式,从而解决了在求解上述方程组中最为关键的问题.解法的正确性通过在低压舱内进行的底排弹高空动态模拟试验得到了验证.实测的底排装置内的燃气压力随时间变化曲线与利用上述计算模型计算出来的曲线吻合得较好.     

底部排气弹增程率的确定

本文提出了底部排气弹极限增程率与最大可能增程率的概念及计算方法.论述了减阻率与增程率的关系,提出了在论证与总体设计阶段,利用最大可能增程率设计底部排气弹的方法,本文为充分发挥底排增程效果.进行底部排气弹的优化设计提供了基础.     

镁合金可燃内衬对底排药柱动态形变及燃烧稳定性的影响研究

为了解决复合底排药剂在发射过程中出现的药柱破碎、燃烧失稳等问题,提出了在底排药柱内腔直接加装一种具有短暂性结构保护和辅助燃烧作用的镁合金可燃内衬的防护、助燃措施。利用ABAQUS软件建立了底排药柱在极端工况条件下有、无可燃内衬时的发射过程有限元仿真分析模型,并进行了动态射击对比验证试验。仿真分析表明：可燃内衬能够有效防止底排药柱过度变形。动态射击对比验证试验结果表明：加装可燃内衬后,弹丸平均初速提高4.97 m/s;同时,底排药柱点火燃烧的一致性和稳定性均有所提高。