高速弹丸穿越不同制退器时的膛口流场波系结构研究

基于二维非定常Euler方程,结合高精度Roe格式及结构化动网格技术,对弹丸从膛底飞离不同膛口装置过程中膛口流场的发展过程进行了数值模拟。数值计算结果清晰地揭示了光膛口以及分别加装开腔式和多孔制退器后膛口流场的不同波系结构,同时计算纹影图清楚地显示了其与弹丸相互作用及演变过程。计算结果与本课题组先前相关试验阴影照片相符。另外,根据数值流场结果,详细探讨了制退器降低后坐冲量的机理与膛口周围超压区域的分布,为制退器改进设计提供重要参考。     

膛口装置附近流场的数值模拟

结合高精度Roe格式及自适应网格技术,对加装不同膛口装置的膛口流场进行了数值模拟,揭示了膛口不同条件下的流场波系结构。根据数值流场结果,分析了制退器降低火药燃气对膛底冲击以及减少后坐总冲量的机理,可为其改进设计提供参考。     

含尾翼张开运动的膛口流场三维数值模拟

带尾翼稳定装置的弹丸,尾翼在张开过程中会受到膛口流场的强烈扰动,导致尾翼结构变形甚至损坏,致使弹丸不能正常飞行.因此有必要对含尾翼弹丸的膛口流场进行数值模拟分析.运用三维N-S方程结合FLUENT局部重构法,对弹丸飞出制退器以及尾翼张开过程的膛口流场进行数值模拟和分析;根据数值仿真结果分析了膛口流场对尾翼受力状况和运动状态的影响;所得结论对研究膛口气流流动,尾翼的结构设计及后效期有效张开具有一定参考意义.     

带炮口制退器火炮发射流场数值模拟

为了研究带炮口制退器火炮发射流场结构,采用二维轴对称Navier-Stokes方程并结合标准k-ε湍流模型建立了流场数学物理模型.采用动网格技术对弹丸运动进行处理,在弹丸前后分别控制网格的生死.通过数值仿真得到了含炮口制退器膛口初始流场和膛口流场的数值分布,并对初始膛口流场和膛口流场的发展规律进行了讨论和分析.分析表明,流场数值模拟结果合理可信,该研究对膛口气流流动研究和炮口制退器设计具有指导意义.     

某大口径轻武器射流噪声的小波分析与数值模拟

针对某带膛口制退器的大口径轻武器射流噪声问题,在实验研究和数据分析基础上,对膛口噪声的气动特性进行探究。利用小波分析方法对实验测得的噪声数据进行分析,将膛口冲击波与膛口脉冲噪声的波形加以区分;采用计算流体力学与计算气动声学耦合算法对膛口噪声进行数值模拟,并将测点位置的噪声数值模拟结果与实验结果进行对比分析,验证该计算方法的可行性;分析了膛口制退器内的激波分布及带膛口装置的膛口噪声场指向性分布。研究结果表明：膛口噪声成分复杂,频带宽且声能较高,膛口制退器引起膛口周围流场的侧向分流,从而影响膛口噪声的指向性分布。     

反器材步枪膛口装置设计与仿真

某反器材步枪膛口装置为两腔冲击式制退器,由于结构设计原因,枪手在射击时,制退器后喷的火药燃气会产生较大的冲击波﹑声响及火焰,对射手容易造成伤害。为了解膛口装置制退效率的影响因素,优化其结构使其在相同制退效率下,减小冲击波等对射手的伤害,根据三维非定常Euler方程,利用Fluent软件对弹丸飞离改进后膛口装置时的流场建模并进行仿真,并利用Matlab软件编程对其制退效率进行了数值计算,两者结果相符。结果分析表明:优化后制退器可在保证相同制退效率下,有效地减小冲击波大小,可为解决同类问题提供有价值的借鉴。     

集束武器射击方式对弹丸姿态的影响分析

利用计算流体动力学(CFD)和动网格知识,针对某集束武器的三管并联发射建立三维模型,通过求解N-S方程,对三种不同情况下运动弹丸影响下的膛口流场结构进行数值计算。结果表明:流场发展与弹丸运动是一个相互影响的过程;叠加流场使弹丸产生的侧向合力是使弹丸射击精度下降的主要原因;当管间距相同时,加装制退器时两侧弹丸最大侧向速度仅为无制退器时的三分之二。     

带制退器的膛口燃烧流场并行数值模拟

采用三维非定常化学反应流控制方程组对带制退器的膛口燃烧流场进行了数值模拟,对流项和化学反应源项分别用TVD格式和基元反应模型进行处理,在多台PC机组成的集群并行系统中,基于域分解的思想对带制退器的三维膛口非平衡化学反应流场进行了数值计算.计算结果表明,膛口制退器能削弱膛口流场激波的强度,抑制二次焰的产生.     

无网格算法在膛口流场数值模拟中的应用

采用无网格算法对二维非定常膛口流场进行了数值模拟.将膛口计算域进行点云离散,采用曲线拟合计算传播导数,用HLLC格式计算数值通量,运用龙格库塔法时间推进,得到了一系列随时间顺序的数值计算结果,描述了膛口流场的形成发展过程,清楚地显示了流场波系结构的变化并对其进行了分析.计算结果与文献及实验结果相符,表明该数值计算方法可...     

含动边界的膛口流场数值模拟

膛口流场是一种非定常、多相并带有强激波间断和剧烈化学反应的复杂流场.采用基于局部网格重构法的非结构动网格技术处理弹丸运动造成的网格变化,给出一系列按时间顺序排列的膛口流场数值计算结果,描述了复杂的膛口流场形成发展过程,实现了含运动弹丸的膛口流场的数值模拟.结果表明,在弹丸射出初期弹丸在影响膛口流场的同时,也受膛口流场的影响,速度增加,弹丸穿出冲击波后,出现弹头激波,速度减小.计算结果与实验结果相符合,表明数值计算方法是合理可行的.     

钛合金在炮口制退器上的应用

为减小炮口制退器质量,提高射击精度和密集度,对钛合金在炮口制退器上的应用进行研究。以计算流体动力学以及有限元理论为基础,综合应用计算流体力学数值仿真技术和有限元分析方法,完成了从炮口制退器炮口流场三维数值模拟到有限元分析的全过程,得出了TC4钛合金和炮钢材料下的炮口制退器应力分布和变形结果。结果表明：在满足使用条件的情况下,T C 4材料的使用能减轻炮口制退器的质量,从而可减小其它部件的设计难度。     

炮口制退器现状及其发展趋势

作为火炮反后坐装置之一,炮口制退器是减少火炮发射时对炮架作用力的有效途径,可有效降低火炮后坐动能和炮架的射击载荷,其研制水平是影响火炮系统射击精度和机动性能的关键。通过分析炮口制退器的基本原理和类型,根据当今各国制退器的发展及应用现状,总结了研究炮口制退器所需的关键技术,预测了其未来的发展趋势。为有效提高炮口制退器的效率并减小其有害作用的影响,保证精度和射击效率的匹配性,需要在充分利用理论研究、实验研究等相关技术的基础上继续加以完善。     

膛口制退器与缓冲器匹配对后坐力的影响

安装高效的膛口制退器是降低小口径自动炮后坐力的有效手段,以某小口径自动炮为研究对象,设计了4种膛口制退器,并重新设计了缓冲器,建立了小口径自动炮低后坐发射刚柔耦合动力学模型并进行了仿真,合理匹配了制退器与缓冲器二者的参数,使该武器的后坐力得到了明显的降低。如果制退器与缓冲器二者的参数匹配不好,则制退效率高的制退器的后坐力甚至可能会大于制退效率低的制退器的后坐力。研究结果表明,只有将高效的膛口制退器与缓冲器的参数合理匹配,才能使小口径自动炮的后坐力得到显著降低。     

基于流固耦合的复合结构炮口制退器强度分析

为减小炮口制退器质量并能耐烧蚀,设计一种复合结构的炮口制退器。分别采用炮钢和钛合金材料组成炮口制退器的内、外层结构。以带炮口制退器的炮口流场的瞬态动载荷为计算条件,利用单向流固耦合方法对复合结构炮口制退器进行强度分析。分析结果表明：复合结构炮口制退器可满足强度要求,且质量明显小于全炮钢炮口制退器,可为提高炮口制退器的性能提供一种新的设计思路。     

基于动网格的炮口制退器两相流场数值模拟

为较准确地研究火炮发射时高温高压高速的燃气射流经由炮口制退器的流场,对基于动网格的炮口制退 器两相流场进行数值模拟。利用FLUENT 软件,采用光顺和重构的非结构动网格更新方法,使用结构非结构混合网 格技术,建立炮口制退器的流场模型,对弹丸飞出炮口制退器过程中的膛口流场进行数值模拟,并对比分析了燃气 射流中的固相颗粒与气相耦合的两相流场和单纯气相流场对炮口制退器的影响。计算结果表明：考虑了两相的流场 与单纯气相流场在压强分布上存在明显的区别,可为后续炮口制退器的结构设计与优化研究提供一定的参考。     

基于CFD的炮口制退器效率计算

基于CFD计算了火炮身管自由后坐速度,给出了一种直接计算炮口制退器效率的方法.该方法以带炮口制退嚣三维非定常流场的数值模拟为基础,计算出身管在火药气体作用下的最大自由后坐速度,得到了炮口制退器的效率.为验证本方法,以某炮口制退器为例进行计算,计算得到的炮口制退器效率与实验测得的结果较为吻合.该方法可以详细研究炮口制退器对火药气体分流过程的影响,较准确地得到炮口制退器的效率,为炮口制退器的设计提供有价值的参考.     

在炮架上测试炮口制退器效率的方法

在不具备自由后坐台架试验条件时,在炮架上测试出炮口制退器效率。通过对火炮制退后坐射击过程、火炮自由后坐试验过程、炮口制退器效率计算公式和测试方法的分析,针对在装和不装炮口制退器两种情况,在炮架上直接进行全装药的制退后坐射击试验。分别测量后坐阻力-时间、后坐阻力-位移数据。后坐阻力对时间进行积分求得火药气体对火炮后坐部分的冲量,进而求得自由后坐动能,据此求得在全装药条件下的炮口制退器效率。     

埋头弹火炮高效低危害炮口制退器的实验研究

为降低埋头弹火炮发射过程中炮口制退器产生的冲击波危害,设计了高效低危害炮口制退器的实验装置。通过对比射击实验,将新型高效低危害炮口制退器与原炮口制退器性能进行了对比。实验结果表明：高效低危害炮口制退器能够有效减小火药燃气的侧向流动;同时降低流场中冲击波的强度,炮手位置冲击波强度减小了61.4%,大大降低了射击过程中冲击波对炮手的危害。在高效低危害炮口制退器基础上使用了消声碗,虽然炮口冲击波强度略有增强,但制退器的制退效果得到显著改善。