不同因素对固体推进剂流变性能影响研究进展

针对推进剂药浆的流变性能受多种因素的影响,综述了固体推进剂用增塑剂、含能固体填料、工艺助剂、工艺参数等因素对于推进剂药浆流变性能影响的国内外研究现状,并分析总结了不同因素对固体推进剂药浆流变性能的影响规律及机理,对比了不同固体填料和粒度级配对药浆流变特性的影响。指出适当加入增塑剂可有效改善药浆的流变特性;选择合适的工艺助剂、工艺参数可大大改善药浆流变特性;固体填料表面越接近球形、越规则,粒径分布范围越宽,推进剂药浆黏度越小;对固体颗粒进行表面包覆、添加表面活性剂也有助于药浆流变性能的改善。提出了改善推进剂药浆流变性能的技术途径以及后期推进剂药浆流变性能的重点研究方向,以便更加全面研究药浆流变特性,设计出流变性能更好的固体推进剂药浆。附参考文献94篇。

复合结构对微纳金属粉/单质硝胺炸药复合含能材料性能影响的研究进展

为了研究微纳米金属粉对单质硝胺炸药性能的影响和机理,总结了微纳米金属粉与单质硝胺炸药不同复合方式(如机械混合、核-壳包覆、金属嵌入和其他复合方式)下不同的微纳米金属粉对不同单质硝胺炸药的作用;分析了复合含能材料中金属粉粒径和含量等变化对不同单质硝胺炸药热分解特性和感度性能的影响;讨论了微纳米金属粉与单质硝胺炸药不同复合方式和制备方法对复合含能材料性能的影响。最后建议复合含能材料今后的研究重点为:拓展新的微纳米金属粉进行研究;深化微纳米金属粉与单质硝铵炸药之间的相互作用;研究新的含能材料复合结构;综合机器学习设计筛选新型复合含能材料和开拓含能复合材料工程方面应用的研究。附参考文献103篇。

面向精度的数字化产品装配模型研究及应用

结合异地协同装配的特点,对产品特征信息进行了分类,在研究零件特征的公差信息表示基础上,建立了面向精度的产品层次模型。该模型分为层次关系层、关联关系层、特征信息层和特征元素层四层,通过建立层内各元素的关系链和层间信息的映射实现了产品信息的有机结合。研究了CAD零件信息与数字化装配系统的信息转换方法,采用面向对象技术实现了产品的装配建模。通过采用回溯算法搜索产品模型层次信息,实现数字化装配环境中产品装配尺寸链的自动寻找。

数字化装配环境下产品装配设计方案模糊评价

分析了产品装配设计与规划活动所涉及到的产品设计(装配设计)、制造(装配工艺)、服务(装配维修)和环境(无污染、易回收)等环节的特点,在此基础上利用数字化装配环境,从动态装配过程和静态装配环境两个方面对影响装配的众多因素进行分析和归类,建立了产品装配质量、时间、成本、维修、环境影响模型,给出了各评价指标隶属函数和权重的确定方法,利用模糊层次分析法对产品装配设计方案进行了综合评价。应用表明,该方法能为优选装配设计方案和改进设计提供决策支持。

网络协同数字化预装配系统中的协同技术研究

针对网络协同数字化预装配特点,提出可重组的多Agent协同装配动态组织结构,基于Petri网建立装配动态组织模型和协同装配过程模型,对产品的装配协作过程进行了研究。提出商用CAD软件与数字化预装配系统的模型数据集成方法,研究了多Agent之间的通信和协同实时性的实现技术,并开发了原型系统。实例表明,该系统能使异地协作人员通过网络协同地对产品的装配设计进行分析与优化。

网络协同数字化预装配系统关键技术

为支持多学科人员开展异地实时协同工作,提出了网络协同数字化预装配系统体系结构,突破了通用虚拟现实建模语言文件解析技术和零件特征信息提取技术,建立了产品的数字化预装配模型。通过研究网络协同会议的组建和流程,提出基于混合式共享的装配协同实现方法,并开发了原型系统。实例表明,该系统能使异地协作人员通过网络协同地对产品进行实时装配仿真与分析。

协同数字化预装配系统中多Agent行为交互建模技术

针对网络协同预装配的特点,提出基于多Agent的协同数字化预装配系统体系结构,利用面向对象Petri网对组成系统的各智能Agent进行了行为建模,分析各Agent之间的通信关系。对所组建的系统Petri网进行死锁和冲突分析,在此基础上设计了Agent结构并开发了网络协同数字化预装配原型系统。

可重构数字化装配环境建模与仿真

针对产品装配过程的多样性、复杂性,提出一种可重构的具有层次结构的数字化装配环境模型。数字化装配环境分为设备层、中间层、零件层,通过建立层内各元素的约束和层间信息的映射实现信息的有机结合。研究了环境的几何建模和物体的运动建模,利用面向对象技术建立了数字化装配环境。实例表明,该模型具有良好的可重构性,可方便快速地构建数字化装配环境以进行装配仿真分析。

双层包覆对超多孔发射药燃烧性能的影响

为进一步提高37孔发射药的燃烧渐增性,采用双层包覆工艺对37孔硝基胍发射药进行包覆。通过三维视频、扫描电镜、DSC及定容燃烧测试等方法研究了包覆效果、包覆层与基药的相容性、不同包覆层质量含量及包覆层层数对燃烧性能的影响。结果表明,双层包覆药厚度较为均匀;包覆层和基药相容性良好;在相同包覆层含量8%的条件下,双层包覆药的燃烧增面值较单层包覆药明显提高。双层包覆药的燃烧增面值ΔL随着外包覆层的增加呈先增后降的趋势,在内、外包覆层质量含量均为5%的条件下,燃烧渐增性最大,其ΔL值为0.1431 MPa^-1·s^-1,相对于37孔基药,其燃烧增面值提高了43.53%。

面向装配工艺规划的非稳定子装配体判别与装夹分析

针对装配工艺规划中大量存在的非稳定子装配体及其人工判断困难的问题,提出了非稳定子装配体的判别方法及其装夹方案的选择方法。分析了子装配体非稳定性的产生机理,提出了子装配体内部分离自由度分析模型的计算方法和运算规则,给出了子装配体非稳定性判定条件及其装夹零件的选择算法和选用原则。通过对子装配体的非稳定判别及装夹分析计算,不但可以提高装夹方案的制定效率和准确性,而且能发现子装配体中面向装配的设计错误。实例表明,该方法具有较强的实用性。

低温感包覆火药燃烧过程破孔规律研究

为了模拟低温感包覆火药在混合装药中的燃烧过程,该文对常温中止实验后低温感包覆火药的表面进行了三维视频显微镜观察,对包覆火药的燃烧过程进行了分析。在中止实验的基础上,研究了装药条件如点火压力、主装药与包覆火药配比、装填密度对破孔的影响规律,建立了破孔规律模型,给出了该模型在燃烧计算中的处理方法。用密闭爆发器实验和内弹道实验对模型进行了验证。结果显示,计算得到的p-t曲线与实验符合较好。

局部阻燃火药在模块装药中的作用

通过定容燃烧实验比较了含局部阻燃火药的模块装药中各装药组分及其混合装药的燃烧性能。结果表明,定容燃烧实验中局部阻燃火药的混合装药p-t曲线拐点处的相对已燃烧部分Ψe值随装填密度的变化而变化。通过不同装填密度的混合装药中止实验,分析了Ψe值变化的原因。由势平衡理论结合实验数据分析表明,Ψe值变化与实际模块装药火炮内弹道p-t曲线上势平衡点的相对已燃烧部分ΨE值变化相对应。在模块装药中,局部阻燃火药能起到调节膛压的作用。

低温感包覆火药装药的内弹道势平衡理论模拟

为了进一步研究低温感包覆火药装药的内弹道特征及其内弹道数值计算方法,运用内弹道势平衡理论,对制式装药和低温感包覆火药装药的势平衡点参数进行了比较。分析了低温感包覆火药装药势平衡点处燃去火药相对量ψE随装填密度变化的原因,并拟合了低温感包覆火药装药的实际燃气生成函数。在此基础上利用势平衡方程对内弹道过程进行了数值模拟。结果表明,计算曲线与实验曲线基本一致,应用内弹道势平衡理论描述低温感包覆火药装药的膛内燃烧规律可行。

发射药燃气预估专家系统的研究与开发

依据燃气质量守恒和化学平衡,结合高温高压下三项截断维里方程建立了发射药膛内真实燃烧模型,并构造反应过程推导出燃气热力学性质偏差函数表达式。在建立的发射药膛内真实燃烧模型的基础上,应用Visual Basic和MS SQL Server技术相结合开发得到枪炮发射药燃气组成及热力学性质预估专家系统(GPES)。该系统可依据知识库,通过推理机推理来预估指定配方下发射药燃气组成及热力学性质,并可在燃气组分分析的结果上进一步得到该配方发射药的能量特性。用户可通过GPES便捷地进行知识管理和约束条件下配方优化等操作。GPES预估结果的准确性经实测数据验证,对发射药配方研究和设计工作具有一定的应用意义。

虚拟加工环境建模关键技术

提出一个虚拟制造系统的体系结构。针对实际加工设备的特点,将虚拟设备模型分为几何模型和仿真模型。重点研究了零部件几何模型的获取和实现方法,采用面向对象技术建立了虚拟加工环境。应用表明,该方法可根据实际加工情况快速构建虚拟加工环境。

多孔硝基胍发射药压伸数值仿真及验证

为研究硝基胍发射药配方和压伸工艺对挤出成型尺寸的影响问题,建立了不同配方硝基胍发射药压伸过程数学模型及边界条件,用有限元方法仿真计算,得到了不同配方条件下流动过程的剪切速率场、压力场以及速度场分布情况。结果表明,发射药实际外径尺寸(8.03 mm)与仿真尺寸(8.38 mm)基本一致,误差为4.36%,外弧厚误差为7.89%,内弧厚为3.10%,孔径误差为9.26%,中心孔径误差为5.36%,误差均小于10%。

考虑化学反应的大口径火炮炮口流场特性

大口径火炮由于其装药元件复杂,装药量较大,发射过程中产生炮口冲击波及炮口焰的问题较为严重,容易对人员或设备造成损伤。为研究炮口焰的生成等炮口流场特性,以某155 mm口径火炮为模拟仿真对象,针对射击过程中高速、高压、高温且与外界环境发生复杂的化学反应等特点,建立化学反应模型。同时,又考虑到弹丸射出过程中会与身管壁面产生微小扰动的现象,建立雷诺平均Navier-Stokes方程、k-ε湍流模型。根据所建立的炮口流场模型模拟在不考虑初始流场的条件下弹丸出炮口后炮口流场的形成及发展过程,数值分析结果清晰地展现了马赫盘、冲击波、入射激波等复杂的波系结构以及炮口焰,尤其是二次焰的产生过程。数值计算结果与实际试验结果进行对比,发现火球的形状及大小吻合度较高,误差不超过8%,为大口径火炮射击过程中降低炮口冲击波、烟、焰等有害现象提供了理论参考。

基于挤出沉积技术的发射药3D打印机设计及制备

以挤出沉积技术为核心、针对发射药黏度高、不能高温加热的性质,设计了发射药挤出沉积快速成型系统,并搭建了完整样机。以硝化棉为主的某ZY发射药为原料,制备出27.3%、33.3%、38.5%、42.9%、46.7%、50%等不同浓度物料,通过3D打印挤出实验,发现针头内径与物料浓度之间存在多项式函数关系,确定了填充速度范围为2~4 mm·s^(-1)、填充率范围为70%~90%、底板温度范围为25~45℃;在此基础上,使用发射药3D打印机打印发射药,并进行压缩实验,结果表明发射药压缩强度最高可达为230 MPa。

37孔硝基胍发射药单一装药和混合装药的燃烧性能

为了解37孔硝基胍发射药单一装药和混合装药的定容燃烧性能,采用花边形37孔三胍-15发射药为主装药(MC),花边形19孔三胍-15包覆药为辅助装药(B)。通过定容密闭爆发器实验,装填密度为0.20 g·cm-3,在高温(50℃)、常温(20℃)、低温(-40℃)条件下,研究弧厚对单一主装药燃烧性能的影响以及混合比例对混合装药(MC+B)燃烧性能的影响。结果表明,随温度降低,37孔单一主装药侵蚀燃烧现象越明显,燃烧渐增性越弱,而相同温度下,弧厚越大的主装药,其侵蚀燃烧现象越不明显,燃烧渐增性越强;温度越高,同一混合比例的混合装药ΔL、Lm/L0值越大,燃烧渐增性越好;相同温度下,混合装药的燃烧渐增性均强于单一主装药,且随着包覆药比例增加,侵蚀燃烧峰逐渐减小,说明包覆药的加入明显地提高了混合装药的渐增性并降低了侵蚀燃烧峰,且在50,20,-40℃条件下,混合装药获得较佳燃烧渐增性的混合比例均为7∶3。

考虑壁面滑移修正的硝基胍发射药流道内数值模拟

壁面滑移是影响发射药压伸成型质量的重要因素之一。为了提高七孔硝基胍发射药压伸成型数值仿真的精确度,研究了发射药药料壁面滑移机理,建立了考虑壁面滑移修正的发射药流动的数学模型。采用有限元方法对七孔硝基胍发射药压伸成型工艺进行了数值模拟。对壁面考虑滑移与未考虑滑移时发射药流道内的压力场,速度场,收缩段与成型段交界处速度矢量分布情况进行了对比分析。通过发射药压伸试验进行了仿真验证。结果表明,壁面滑移降低了发射药成型压力,提高了发射药出口速率的均匀性,有利于发射药压伸成型。发射药实际尺寸与仿真尺寸误差均小于2.0%,其中,外径尺寸误差为0.59%,外弧误差为0.36%,内弧误差为1.80%,孔径误差为1.67%,中心孔径误差为1.72%,仿真工艺符合实际加工。