固体差动随行装药高初速火炮内弹道理论分析

提出了一种基于差动原理的固体差动随行装药的高初速火炮发射方案,该方案能有效克服传统随行装药技术提高初速必将伴随射弹底部最大压力增加的缺点。它的主要特点是运用差动原理,实现不同组合件之间的速度不同,自动压缩储能室使随行工质向弹后连续喷射,有效抑制和消除了弹丸运动引发的稀疏波影响,提高了火炮工作容积利用率。推导了差动随行组合弹丸不同组合件动力学模型,给出了弹载工质物理量分布关系式。计算结果表明,在最大膛压、飞行弹丸底部最大压力、弹重及弹丸行程等不变条件下,随行药量取10.2 kg,某大口径火炮的弹丸初速可提高26%,火炮工作容积利用率提高约44%。该方案可为火炮提高初速和实现超远程发射提供新的途径。     

片状随行装药的两相流数值模拟

给出了片状随行装药结构的一维两相流数学物理模型,并对某５７ｍｍ随行装药火炮进行了数值模拟。研究了片状随行装药火炮的膛压、压力波、气固相速度以及空隙率等参量的分布情况。此外,还对比研究了计算结果与实验结果之间的差异。结果表明,该模型的计算骅音符得较好。     

整装式液体随行装药燃烧的实验与数值模拟研究

报道了在整装式液体随行装药技术研究方面取得的最新实验结果，观测了随行药在不同点火延迟时间下燃烧对膛压曲线的影响，并建立了随行装药的内弹道经典模型，计算结果与实测结果有较好的一致性。     

考虑两相流内弹道的自行火炮发射动力学计算

为了更加准确地计算火炮弹丸的起始扰动,将两相流内弹道应用于发射动力学研究。建立了完整的自行火炮系统发射动力学方程组,包括火炮系统的体动力学方程组、弹丸在膛内运动的动力学方程以及两相流内弹道方程。编制了计算程序,实现了对某自行火炮发射过程的数值模拟,在准确计算内弹道过程的同时,获得了火炮的动力响应、弹丸膛内运动和起始扰动。部分模拟结果与实验实测结果吻合较好。计算表明,采用两相流内弹道模型将提高发射动力学计算精度。     

模块装药火炮膛内两相燃烧模型及压力波模拟

为详细了解新型模块装药火炮膛内发射过程中各模块区及中心可燃管区着火、燃烧现象以及压力波动情况,建立了准二维两相流内弹道燃烧理论模型。模拟结果表明,膛底与膛口压力、压力差数值计算结果与实验结果吻合得很好。     

基于微波干涉测速技术的二级轻气炮/火炮内弹道参数诊断

测量二级轻气炮/火炮弹丸在内弹道的速度历程,对轻气炮/火炮的设计、内弹道计算、弹道异常现象诊断分析具有重要作用。因为不同波长微波的传输特性在不同炮管中不同,不同目标的反射特性也不同,为获得最佳的测试结果,设计了两个波长的微波干涉测速系统。对二级轻气炮和高速火炮的内弹道速度进行了连续测量,并利用短时傅里叶变换与相位计算相结合的方法进行了数据处理。实验成功获取了完整的内弹道数据,所测弹丸炮口速度与光束遮断测速装置测试结果差异小于0.5%。通过对内弹道实验数据的分析,证实了二级轻气炮在某些装填条件下易出现碎弹现象。此外,首次观测到二级炮内弹道内前冲气体速度历史,可为研究高速气体的温度、压力、电离等状态提供数据支撑。     

柱形杀爆战斗部的破片初速分布

针对有限长柱形杀爆战斗部装药两端的稀疏波效应而提供了比较符合实况的有效装药模型，并由此求得适用于估算柱形杀爆战斗部破片初速的修正型格尼公式，用它计算的破片初速分布与实验结果极为相符。     

RLPG点火及冷态喷射过程研究

报道了再生式液体发射药火炮 (RLPG)点火及模拟工质冷态喷射过程的实验结果 ,定量测试了燃烧室、贮液室压力曲线。实验表明 ,采用液体阻尼可以有效减弱点火过程中的压力振荡。针对点火喷射过程建立了数学物理模型 ,并进行了相应数值模拟 ,计算值和实验数据吻合较好。研究结果对深入分析再生式液体发射药火炮内弹道循环有指导意义和参考价值。     

抵御小口径火炮弹道侵彻装甲防护模拟实验研究

为研究舰艇结构在小口径火炮弹道冲击下的响应以及各种舰用装甲结构抵御小口径火炮弹道冲击的有效性,以典型的小口径火炮战斗部为模拟对象,根据弹道冲击的相似理论,分别设计了模拟实验的弹体和6种靶板结构,并进行了弹道冲击实验研究。模拟实验结果表明,普通舰艇结构不能抵御小口径火炮弹道侵彻,必须设置专门的防护装甲;采用陶瓷/钢/纤维增强复合材料组合装甲结构抵御小口径火炮时,装甲防护结构比均质钢装甲减轻约60%;陶瓷材料能改变背板的破坏形式和破坏程度,大大增加背板的吸能量,此外,陶瓷对弹体的侵蚀、钝化及碎裂能大大降低弹体的侵彻能力。     

非常规结构武器两相流内弹道的高精度数值模拟

针对侧装药武器的结构特点,在提出等效物理模型的基础上建立了双一维两相流模型,并对主膛的气、固相方程组分别采用二阶精度TVD算法进行了模拟,结果与12.7 mm口径的发射实验进行了对比分析,模型和算法是可行的。     

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.     

膛内等离子体点火及燃烧增强过程数值模拟

在初始点火过程中 ,假设等离子体为充分发展射流流动 ,因而可采用积分近似模型进行描述。而在随后的膛内燃烧过程中通过以经验公式给出等离子体混合长度的方法来处理等离子体的运动 ,并给出了合适的相间阻力及传热公式。通过在计算网格设计中引入了自适应方法提高了数值解精度。计算膛压曲线与实验符合良好。相对常规内弹道情形 ,等离子体能量的注入使在不同时刻膛内的气、固两相速度、压力和膛底温度等出现提高 ,这是等离子体注入后对内弹道的增强过程。计算结果为固体工质电热化学炮的弹道设计提供了理论依据。     

点火过程和初始条件对燃烧轻气炮内弹道性能的影响

采用计算流体力学方法对燃烧轻气炮膛内燃烧过程进行数值模拟,分析不同的点火点数目和点火能量以及初始温度和压力对燃烧轻气炮内弹道特性的影响。结果表明,采用合理的点火点数目、初始温度和压力条件可以有效控制氢气的燃烧过程,减弱燃烧室内的压力波动。模拟结果对燃烧轻气炮膛内燃烧过程控制具有重要参考价值。     

考虑活塞回复的侧向后喷武器两相流数值模拟

为研究活塞回复运动对火药燃气流动的影响,基于两相流理论对活塞控制侧向后喷武器的发射过程进行了数值模拟研究。考虑控制侧向后喷通道开闭的活塞-弹簧系统的往复运动,建立了结合膛内气固两相流、活塞腔内流固耦合和侧向排气管内气体瞬态流动的武器发射过程数学模型,并将数值模拟结果与相关文献进行了比较验证。得到了该武器发射过程中膛内流场分布与稀疏波传播特性,并与普通武器的膛内流场进行了对比分析。进一步研究了活塞回复运动对火药燃气流动和减后坐效率的影响。结果表明:相对于不考虑活塞的回复运动,在弹丸初速都降低1.52%的情况下,因为活塞回复关闭后喷通道,其减后坐效率由38.86%下降到32.88%,说明在此类武器研究中,不可忽视活塞回复运动。     

Determination of gun propellants erosivity: Experimental and theoretical studies

Requirements for higher and higher performances of contemporary guns intensify investigations concerning influence of various factors on barrel erosion. The most important parameter for the life of the gun is the type of the gun propellant. The device based on modification of 37 mm M39 gun for investigating influence of gun propellant on barrel erosion is used. The nozzle (main part of device) mass loss during firing was the measure of gun propellant erosivity. The theory of nozzle erosion includes basic thermal, chemical and metallurgical factors. The main thermal and chemical factors are maximum nozzle inside surface temperature and gun propellant composition. The maximum nozzle surface temperature was determined theoretically by developed interior ballistic model with heat transfer, and experimentally by micro thermocouples measurements and solution of inverse heat conduction problem. The coefficients of gun propellants erosivity are determined in experimental and theoretical way.