火焰在传火管装药床中的传输特性研究

通过在传火管点传火特性模拟试验装置上进行的不同装药材料、装填密度和不同的点火能量试验以及获得的多点压力时间曲线、火焰传播速率,分析了底火火焰在传火管装药床中的传输特性,指出了底火火焰与装药材料性能的相互作用关系,特别是因底火作用而导致传火管装药床的挤压程度对点传火性能的重要影响。     

大长径比、高密实火药床点火管点传火特性的影响因素

利用计算程序对影响大长径比、高密实火药床点火管点火性能的主要因素进行了对比模拟,讨论了不同结构尺寸和装填条件下的点传火性能,通过对计算结果的分析,总结了结构参数和装填条件对大长径比、高密实火药床点火管点传火性能的影响规律:小孔直径、首孔高度、单位长度小孔面积及装填密度显著影响点火压力及点传火性能;小孔直径、首孔高度及单位长度小孔面积是影响破膜后泄压速度的主要因素,而装填密度会影响药床的透气性及火焰传播的通畅性,均对点火安全性、瞬时性及一致性产生重要影响作用。     

基于五阶WENO格式的燃气在药床中流动过程二维两相流研究

为研究内弹道初始阶段中心点火管燃气在膛内药床中的流动特性和传播规律,设计了可视化点传火实验平台,并进行了膛内假药床的点传火实验。基于加权本质无震荡(weighted essentially non-oscillatory, WENO)格式,构造了膛内轴对称二维内弹道两相流模型,对膛内燃气在假药床中的流动过程进行数值模拟。计算结果与可视化实验结果符合较好,全局压力平均误差为5.35%。表明数值计算准确地描述了燃气流动特性,完整地呈现了点火管燃气在假药床中的发展过程。在点火初始阶段,膛内压力径向效应明显,气相沿径向传播较快,药床药粒基本不会发生运动;随着燃气逐渐在膛内传播,膛内压力呈现径向一致、轴向梯度分布的特征,在压力梯度作用下,气相轴向速度开始占据主导,径向速度在膛底和中部区域减小为零,而固相速度随气相速度变化而变化;气相在到达弹底前,由于固相颗粒的壅塞,会提前出现速度反向波动现象。     

两模块装药点传火过程及药粒散布特性

模块装药点传火过程中药粒堆积形态对膛内起始压力波特性有重要影响,而模块装药点传火过程中药盒破裂后药粒飞散过程决定了药粒最终堆积形态。为此设计了模块装药可视化点传火模拟试验装置,通过高速摄像系统,观测不同初始装填位置的两模块装药点传火、药盒破裂及药粒散布过程。试验结果表明,两模块初始装填位置远离底火端且两药盒装填间距增大时,药室内传火时间变长,两个模块药盒燃烧更充分,模块盒的破裂面增大。点传火试验结束后,药室内模拟药粒散布在以底火侧端面中心为起点的轴向195～500 mm区域。其中,药粒主要分布于药室右侧陡坡状堆积区域。基于试验建立了模块装药点传火过程中药盒破裂后药粒散布的三维非稳态气固两相流模型,并进行了模拟计算。计算得到的最终药粒散布与试验测得结果基本吻合,验证了模型的合理性。     

爆轰快速点火实验研究及机理分析

为了验证采用爆轰可迅速引燃点火药进而引燃主装药的可行性及掌握此种点火方式下的点火情况,建立了火药装药系统下直列式起爆器爆轰点火实验系统.在特定装药条件下,对点火后实验装置内压力变化情况进行了测量,得出采用爆轰点火方式可以实现点火延迟时间为0.3 ms的目标,以及得出此种点火方式下,火药燃烧特点及实际应用时的注意事项,如...     

长药室装药中多点点传火一维两相流数值模拟

针对药室长度超过3m的长药室装药设计问题,设计了以电点火具为点火源的多点点火系统,在点传火模拟实验装置上进行了多点点火的实验研究.同时,建立了点传火模拟实验装置中多点点传火过程的数学物理模型,采用MacCormack差分格式进行了数值求解,得到了点传火模拟装置中传火管的压力分布、固相和气相速度以及空隙率等数值解,分析了...     

CE/SE方法在内弹道瞬态两相流中的应用

根据CE/SE方法思想,构造在变换坐标系下内弹道两相流动数值计算的 格式. 采用此格式研究了膛内瞬态二维两相流动点火过程. 数值计算结果反映实际 规律并和试验结果符合. 结果表明,对中心点火方式,在点传火过程初期,膛内压力在 径向和轴向上存在较大的压力梯度,当火药全部着火后,药室内压力在径向上逐渐趋于 一致. 这表明CE/SE方法能够完全模拟瞬态二维两相流动的情况.     

稠密颗粒床中点火传火过程的两维两相流数值模拟

本文结合火炮工程背景,建立伴随化学反应的稠密颗粒群气固两相非定常两维轴对称流和点火器内的非定常一维两相流数学模型,并考虑点火器对主装药床的耦合作用。采用MacCormack两步差分格式,模拟点火传火过程中火焰传播及其物理量沿轴向和径向变化规律。部分计算结果与实验结果相吻合。发现点火开始阶段存在明显的径向效应,当火焰波传到固壁后,轴向流占主要优势。     

大长径比点火管高密实火药床点传火过程两相流的数值模拟

设计了某中心点火管,完成了该点火管的点传火实验,针对该点火管长径比大、装填密度高的特点,建立了点火管内气固两相流动和燃烧过程的一维两相流模型,并进行了数值模拟。计算结果与实验结果良好符合,说明计算模型能够准确描述点火管内的实际物理化学过程,计算程序参数取值合理,该计算程序可为此类点火管各种结构尺寸及装填条件下的点传火性能分析及优化计算提供充分的理论依据和方法。并且,根据计算结果初步分析了该结构及装填条件下点火管的点传火性能,为下阶段工程优化设计提供参考     

阻燃介质在炸药驱动燃料分散中的应用

为解决燃料空气炸药中的燃料在中心分散装药爆炸驱动抛撒过程中易发生的窜火问题，结合中心分散装药结构设计，引入以超细干粉灭火剂为主体的阻燃介质，采用高速录像和红外热成像仪研究了中心分散药外部填充阻燃介质的情况下，对中心分散药爆炸火球产生的高温及火焰的抑制情况。试验结果表明，中心分散药爆炸火球的最高温度为1 355.4 ℃，温度超过150 ℃的持续时间为264.8 ms。外部填充阻燃介质后，中心分散药爆炸产生的火焰基本消失，火球最高温度下降90%以上，火球表面温度分布不超过100 ℃。同时进行了验证试验，采用填充阻燃介质的中心分散药抛撒1 kg的乙醚和铝粉的混合燃料，分散药与燃料的质量比超过4%时，云雾仍未发生窜火。表明填充阻燃介质可以有效防止燃料在爆炸抛撒过程中发生窜火的问题。     

瓦斯/空气预混气体爆燃流场测试系统多参数耦合同步控制实验方法

为了更精确地获得爆炸激波管内瓦斯/空气预混气体爆燃过程中，激波形成过程、压力和火焰传播速度以及火焰与惰性阻燃剂相互作用的流场演化图像。通过分析激波管测试系统中多个目标的时间响应特征及控制方式，利用超高速相机、光电倍增管、时间延时器、固态继电器、电荷放大器和数据采集系统等设备，设计实验方案，分别对激波管中瓦斯/空气预混气体爆燃高压点火系统的响应时间和惰性介质阻燃剂喷射系统的响应时间进行测试。实验结果表明电火花点火的响应时间为微秒量级，而阻燃剂喷射系统的响应时间为毫秒量级，以响应时间为依据，通过设置精确的延迟时间实现多目标同步控制，为完成激波管内瓦斯/空气预混气体爆燃过程的微观流场显示奠定基础。     

Formation of particle jetting in a cylindrical shock tube

A dense, solid particle flow is numerically studied at a mesoscale level for a cylindrical shock tube problem. The shock tube consists of a central high pressure gas driver section and an annular solid powder bed with air in void regions as a driven section with its far end adjacent to ambient air. Simulations are conducted to explore the fundamental phenomena, causing clustering of particles and formation of coherent particle jet structures in such a dense solid flow. The influence of a range of parameters is investigated, including driver pressure, particle morphology, particle distribution and powder bed configuration. The results indicate that the physical mechanism responsible for this phenomenon is twofold: the driver gas jet flow induced by the shock wave as it passes through the initial gaps between the particles in the innermost layer of the powder bed, and the chaining of solid particles by inelastic collision. The particle jet forming time is determined as the time when the motion of the outermost particle layer of the powder bed is first detected. The maximum number of particle jets is bounded by the total number of particles in the innermost layer of the powder bed. The number of particle jets is mainly a function of the number of particles in the innermost layer and the mass ratio of the powder bed to the gas in the driver section, or the ratio of powder bed mass (in dimensionless form) to the pressure ratio between the driver and driven sections.     

点火位置对氢气-空气预混气体泄爆过程的影响

利用高速纹影和压力测试系统对不同点火位置及不同破膜压力条件下氢气-空气预混气的泄爆特性进行研究。研究结果表明:在所有情况下,中心点火时火焰传播速率和面积最大,产生了最大的内部压力峰值,尾端点火时火焰传播速率和面积次之,产生的内部压力峰值也次之;前端点火时火焰传播速率和面积均最小,产生了最小的内部压力峰值。前端点火时,容器内部压力出现了3个明显的压力峰值,中心和尾端点火时,只能观察到第1个和第3个压力峰值。并且,随着破膜压力的增加,中心和尾端点火时,火焰面积均增大,产生的内部压力峰值均增大。在前端点火的条件下出现了声学振荡的现象,对内部压力产生了显著的影响。     

An investigation of interior ballistics ignition phase

An axisymmetric viscous two-phase model is presented which describes the transient combustion of granular propellants during the ignition phase of a ballistic charge. Details of the model are presented along with computational results for a low-pressure ballistic simulator. Predicted pressure time evolutions are compared with experimental data of a real test-firing in which an unexpected pressure excursion occurred. Gun propellant breakup effects, due to bed compaction, are taken into consideration to explain the discrepancies between the numerical and experimental results. Finally, a discussion is presented of the mechanisms by which the behavior of pressure waves can be strongly influenced and thus controlled by the manner in which the propelling charge is ignited.This article was processed using Springer-Verlag T_EX Shock Waves macro package 1.0 and the AMS fonts, developed by the American Mathematical Society.     

硅烷对JP10和煤油点火特性影响的激波管研究

在JP10和煤油点火特性激波管实验的基础上，实验研究了硅烷对这两种典型高碳数碳氢燃 料点火特性的影响. 在预加热到70 C的激波管上，采用缝合运行条件获得了近7ms 的实验时间，将实验延伸至低温区. 采用气相色谱分析和高精度真空仪直接测定压力相结合 的方法，确定了燃料气相浓度，解决了高碳数碳氢燃料点火激波管实验时由于管壁吸附影响 燃料气相浓度确定的困难. 实验记录了点火过程中OH自由基发射强度变化，并作为判断点 火发生的标志. 实验温度范围880~1800K, 压力范 围0.16~0.53\,MPa. 当硅烷加入量约为燃料的10%~15%(摩尔比)， 质量比为2%~3%, 观测到明显的点火促进作用. 该研究对超燃研究中发动机设计、 燃料选择等方面具有直接的工程意义，也可用于检验燃烧化学动力学模型的合理性.     

Two-phase flows in gun barrel: Theoretical and experimental studies

In the paper theoretical and numerical model of two-phase flow of solid granular propellant and its products of combustion in the gun barrel during interior ballistic cycle is given. Two cases are considered: base ignition of propellant charge and ignition by igniter. The theoretical model includes the balance equations of mass, momentum and energy for both phases, as well as necessary constitutive laws. The igniter efflux in the propellant chamber is obtained by incorporation in the model the two-phase flow model of igniter function. The convergent, unconditionally stable, numerical procedure is formed to solve the system of equations of the theoretical model. An original procedure of numerical grid adaptation to the flow field increase, caused by the projectile motion down the gun bore, is developed. The TWOPIB code for the computation of whole interior ballistic cycle of ammunition is developed. Four kinds of experimental investigations were carried out:igniter function in open air, flamespreading through propellant charge in the fibreglass tube during base ignition or during ignition by igniter, and firing of 100 mm APFSDS projectile. Verification of the theoretical–numerical approach by the comparison with experimental data is carried out. The great number of computational results is presented for the parameters that can not be measured, but which are necessary for more complete understanding of examined processes. The presented theoretical–numerical access enables, not only the complete optimisation of propellant charges, but more successful solutions of many interior ballistic problems.