平衡炮试验弹丸膛内过载计算模型及应用

平衡炮是一种两头发射的滑膛无后坐力炮。在平衡炮试验中，对弹丸膛内过载进行测试及研究是研究弹丸结构设计、壳体强度、装药安定性以及引信设计等方面的基础。     

弹丸挤进压力对平衡炮内弹道性能的影响研究

 利用工程法和挤进时期内弹道法计算了某口径平衡炮的弹丸挤进压力，分析了其对内弹道性能的影响。只要参数选取合理，便可用工程值代替挤进时期内弹道计算值，既简化了计算模型，又满足了试验精度，还可为此类火炮内弹道建模和试验提供依据。     

二级轻气炮弹丸速度过程测量实验技术

轻气炮弹丸在膛内的速度、加速度及弹底压力是轻气炮及发射系统设计的关键参数，实验测量这些参数对完善内弹道理论、研究新型轻气炮以及对常规武器进行校验等有着非常重要的指导意义。     

平衡炮次口径发射试验辅件膛内运行安全性分析

运用LS-DYNA计算程序,采用有限元方法模拟了在平衡炮发射过程中次口径战斗部的运动过程,通过在推板组件上施加发射药燃烧产生的载荷,计算了试验辅件在膛内运行过程中的受力情况,并对其强度进行了校核。结合试验结果,验证了平衡炮次口径发射试验辅件在膛内运行的安全性。该分析可为平衡炮及其他火炮的次口径发射技术研究提供参考。     

变燃速发射药两相流内弹道模型及数值模拟

 为了更好地描述变燃速发射药的膛内燃烧及内弹道过程,对中心开孔式双层结构的变燃速发射药建立了一维两相流内弹道数学模型,在Φ30 mm火炮装填条件下采用二阶精度的Lax-Wendroff差分格式进行计算,得到了数值解。计算结果表明：膛内压力和炮口初速度变化曲线的计算值与实测值符合较好,说明此两相流内弹道模型可以准确地反映变燃速发射药的内弹道过程;变燃速发射药可以有效地减少膛内压力波的产生,对于安全射击具有重要意义。通过对气、固相速度及膛内压力波等计算参数进行分析,可以对变燃速发射药的内弹道过程研究起指导作用。     

二级轻气炮弹丸速度过程测量实验技术研究

 针对二级轻气炮发射管的特性，设计了测量景深长达13 m的光纤探头，选择条纹常数为100 m/s的高灵敏度激光干涉测速仪，结合任意反射面激光干涉测速技术进行了实验，测量了发射口径Φ32 mm、长度12 m的二级轻气炮弹丸发射过程，测得弹丸运动距离11.3 m时的速度为3 960 m/s，与磁测速的结果一致，通过实验测得的速度历史，进而获得弹丸在发射管内的加速度过程，为炮内弹道研究提供了更直接的实验数据。     

用激光干涉仪测量弹丸在膛内的速度

测量弹丸在炮管中的运动速度是研究发射药内弹道效率的重要手段;是炮、弹设计所关心的重要问题之一。弹丸在炮管内经过发射,其速度从零到出炮口时每秒1千多米,速度变化大,在几毫秒内完成此过程。因为弹丸在炮管内运动,直接观察、测量是较困难的。     

一种测量弹丸膛内攻角变化的激光高速摄影系统

弹丸在膛内的攻角变化及其影响因素是发射动力学研究的重要内容,而测量弹丸膛内攻角变化则是实现此项研究的前提,并见过不少这方面的报导。本文介绍一种采用激光源及高速摄影机的测量系统。此系统的特点是:(1)能同时测量弹丸的攻角,转速及炮管的振动等参量随时间的变化规律。(2)可以实现白天拍照。(3)光路系统不用抛物面镜,使成本大大降低。调整并配置摄影光学系统,从而充分利用底片来记录所需的信息。经过射击实验,已获得了弹丸的膛内攻角曲线,证明该系统是可行的。     

基于转镜跟踪目标的分析与计算

基于高速CCD相机主光轴的转镜弹道同步跟踪系统,研究了高速飞行弹丸飞行姿态和飞行速度的问题,利用转镜的反射原理和转镜运动规律,建立了转镜随弹丸运动的时空关系模型和转镜运动参数的数学模型,并推导转镜运动参数与弹丸飞行速度和弹道距转镜中心垂直高度之间的数学关系;在理论分析的基础上,用MATLAB分析了转镜视场内的弹道宽度随时间变化的规律以及转镜转角和角加速度随时间变化的规律,得到在某一时刻转镜视场的大小以及转镜参数的变化曲线;给出了转镜尺寸、扫描速率曲线和最大离散速度等主要参数的计算方法,分析了它们对整个跟踪系统的影响。针对系统设置参数为h=150 m, v=300 m/s时进行仿真,仿真结果表明本系统可实现对高速弹丸的同步跟踪。     

一种基于二级轻气炮平台的超高速弹丸发射装置设计

 基于强爆轰效应,提出一种新的超高速弹丸发射装置。在二级轻气炮平台上,设计内置炸药柱的三级加速腔,将二级轻气炮发射的克质量弹丸由6~7 km/s,再次加速至9~10 km/s的超高速。通过数值模拟优化设计药柱与飞片的形状,以及弹丸的树脂封装,从而抑制强爆轰产生的中心射流对弹丸的破坏,并且在短脉冲强冲击过程中,避免在直径达厘米级的铝或钛合金弹丸内的层裂破坏。数值模拟结果表明,经过优化设计的三级加速腔可以将气炮出膛速度约6.0 km/s的1.03 g铝合金弹丸加速至9.6 km/s,弹丸最终形状仍保持类球形,速度增益约1.6。     

提高平衡炮发射能力的初步研究

 针对平衡炮试验中所要求的发射指标超过其发射能力的具体情况,提出了两种提高平衡炮发射能力的途径,并作了相应的内弹道性能分析,目的在于提高平衡炮的使用效率,充分发挥其作为大质量试验件的有效加载工具的效能,该研究可为提高平衡炮及其它火炮的发射能力提供依据和参考。     

卵形头部弹丸侵彻混凝土的研究

 用头部曲率半径为4.0、直径100 mm、质量为25 kg的卵形弹丸对混凝土进行侵彻实验，并测试了炮膛内和侵彻过程中弹丸的加速度时程曲线。实验用混凝土靶的抗压强度为35 MPa，密度为2 450 kg/m³，有3 m×3 m×3 m和2 m×2 m×2 m两种尺寸。测试弹丸发射和侵彻过程加速度的记录系统刚性固结于弹丸内部。弹丸侵彻初速在310 m/s至632 m/s之间，弹丸的峰值过载在12 000 g到22 000 g之间。实验后将测试的侵彻深度、侵彻过程弹丸的加速度时程曲线与用Forrestal 的理论模型计算得到的结果进行了比较分析。实验结果对认识侵彻的整个过程和相关弹药的设计有重大意义。     

紧凑型全光纤内弹道弹速测量系统

 基于光电通讯领域中不断涌现出的高性能与带宽的光电仪器与器件,利用激光光束遮断原理,针对一级气体炮、二级轻气炮及火药炮等动高压加载手段,开展了内弹道弹速精密测量技术的实验研究,并研制一套紧凑型全光纤激光精密测量实验系统（简称：AFOBB-All fiber optical beam breakout）。通过百余发实验的工程应用,以及对实验数据的统计处理与分析表明,AFOBB系统完全满足精密物理实验的测试精度及可靠性要求,其速度测量的相对扩展不确定度小于0.8%,精确测量能力涵盖了几十m/s~7.0 km/s的弹速范围。     

Scaling study for the performance of railgun armatures

A model is developed for investigating the performance of solid, plasma, hybrid, and transitioning armatures as a function of railgun geometry and gun operating conditions. The two figures of merit used in the calculation are the armature efficiency and the maximum velocity. Effects investigated include armature parasitic mass, armature resistance, friction, ablation drag, and, for the hybrid armature, gap growth. The model is applied to study how armature performance scales with projectile mass, or correspondingly bore dimension, and with gun current per unit rail height in the hypervelocity regime from 7 to 15 km/s. The model indicates that armature efficiency generally increases with projectile mass, whereas the maximum velocity for plasma and transitioning armatures is relatively insensitive to projectile mass. Calculations are also performed to determine the sensitivity of the model's predictions to uncertainty in key parameters, such as the ablation entrainment fraction, the skin friction coefficient, and the contact potential     

高压工况下底排推进剂燃速的反向传播神经网络模型

 为了研究底排推进剂在火炮膛内随弹丸运动时的燃烧特性,采用密闭爆发器仿真实验技术,针对底排推进剂在膛内高压工况下的燃烧特性进行实验研究,获得了两种不同装填密度下平均压力随时间变化的关系,并对压力进行了全程热散失修正。采用多次平滑、滤波数据处理技术和发射药燃速处理方法,得到了燃速与压力（8~150 MPa）之间的关系。基于实验数据特征样本,建立并训练得到了底排推进剂高压工况下的反向传播（Back Propagation）神经网络燃速模型,该模型与传统的指数模型相比,具有拟合精度高和稳定性强的特点。     

Gasdynamic analysis of a pneumatic line launcher

A solution to the problem of motion of a projectile in the bore of a pneumatic line launcher equipped with a fast-acting valve of large clear opening is obtained. The results are represented in the user-friendly graphical form and include a variety of the gasdynamic and design parameters of the launcher that influence the projectile velocity. The calculated data are in good agreement with data of multiparametric experiments.     

枪弹间隙对水下枪内弹道的影响

为了研究枪炮全水下发射过程中枪弹耦合间隙对内弹道特性的影响,运用AUTODYN有限元仿真软件,针对滑膛水下枪枪弹耦合设置0.1 mm间隙与不设置间隙两种情况的内弹道过程进行了数值模拟;采用21、25和30 g装药量对水下枪全水下带间隙发射内弹道过程进行了仿真分析,获得了膛压、射弹速度以及过间隙燃气射流在内弹道过程中组分、压力与速度的分布规律;并设计了实弹射击实验用于验证仿真结果。仿真和实验结果表明,合适的枪炮耦合间隙能够有效地提高水下枪发射性能。当枪弹耦合设置0.1 mm间隙时,采用3种装药量发射均能产生弹前气幕,内弹道过程膛压下降明显,弹丸炮口速度提升较为显著,有利于产生稳定的超空泡包裹弹体,使其在水下运动时所受阻力大大降低,从而增加射弹水下行程。     

红外热成像技术在炮膛测温中的应用北大核心CSCD

火炮在连续射击过程中,炮膛内壁温度持续积累升高,当其温度超过全可燃药筒燃点时具有较高的安全隐患。介绍了一种基于红外热成像技术的炮膛测温方法与装置。叙述了该装置的组成以及测温基本原理与流程;分析了火炮连续射击换弹的过程,炮膛测温装置利用边缘检测、轮廓提取与识别判断等图像处理技术,自动分析有效测温时间段与目标区域;利用根据最小二乘法标定好的解算曲线,实时确定目标区域的最高温度值与平均温度值,并将温度数据及时上传至火炮控制系统,以判断是否换弹或击发,可有效提高火炮连续射击过程中的安全性。