水下火炮气幕式发射过程中燃气射流与液体工质相互作用特性研究

为了研究水下火炮气幕式发射过程中燃气射流与液体工质相互作用的特性,设计了可视化模拟实验装置,采用高速录像系统记录了圆柱形充液室中弹丸运动及气体与液体相互作用的过程特性,得到了弹丸速度与气幕轴向扩展速度随时间的变化关系。对比不同喷射参数条件下实验结果可以发现:弹丸运动速度随着喷射压力的增加而增加;气幕减阻性能随着斜面喷孔尺寸增大得到提升,弹丸运动速度随之增大。在实验基础上,建立了弹丸运动条件下多股燃气射流在液体介质中扩展的三维非稳态数学模型。针对实验工况进行数值模拟,模拟结果中多股燃气射流扩展过程与实验结果一致;对比二者气幕顶部轴向扩展位移值,可以发现计算结果与实测值吻合较好。弹丸运动条件下气幕生成的数值模型的建立,为水下火炮发射过程中身管内气幕生成及减阻机理分析提供了参考。

多参数变化对埋头弹火炮内弹道性能的影响

为了给埋头弹内弹道设计提供理论依据,研究了埋头弹装填参数变化对内弹道过程的影响。基于两次点火及火药程序燃烧控制技术,开展了35mm埋头弹火炮内弹道性能试验,并建立埋头弹两次点火的内弹道理论模型,计算值与实测值吻合较好。在此基础上,分析了主装药装药量、弹丸质量、药室容积、火药力等参数变化对埋头弹火炮内弹道性能的影响,研究结果对指导埋头弹火炮内弹道设计有一定的参考价值。

埋头弹药发射过程药筒力学特性分析

埋头弹药是一种新型战场用弹药,自动机采用旋转闭锁新原理,供弹与退壳同步进行。在发射过程中埋头弹药的工况不同于传统的弹药筒,针对埋头弹药在特殊工作条件下药筒内压变化及变形特征,分析了药筒的动力学过程,获得了药筒在贴壁前、贴壁后、卸载过程的力学特性。通过数值分析发现:在最大膛压为400MPa条件下,聚乙烯药筒性能良好,卸压后能迅速弹性恢复。在此基础上设计了金属与塑料耦联的35mm埋头弹药筒,射击实验表明该药筒满足连发射击要求。

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。

喷射结构对充液圆管内气幕特性影响的数值分析

为了研究火炮水下气幕式发射过程中喷射结构对气幕特性的影响,建立了多股燃气射流在充液圆管中扩展的三维非稳态数理模型,获得了多股燃气射流在充液圆管内气液两相组分、压力与速度分布规律。计算结果表明:多股燃气射流从喷孔喷出后,在液体中形成多个Taylor空腔,通过Taylor空腔与液体湍流掺混生成管内气幕。由于气液湍流掺混作用导致流场内压力出现波动,汇聚界面产生低速涡流区域。斜面喷孔直径由1.5mm增大至2mm,斜面射流回流作用增强,导致由斜面射流与侧壁射流汇聚而成的侧面射流轴向扩张能力提升,气幕整体排水性能增强,8ms时气幕上方液体运动速度由8.26m·s-1增大至9.4m·s-1。

喷头运动对水下气幕生成特性影响的研究

为了了解充液圆管内喷头运动过程中的气幕生成特性,采用高速摄像技术记录了喷头运动条件下多股燃气汇聚生成气幕过程。在实验基础上,建立了多股燃气射流在受限液体中扩展的三维非稳态数学模型,对实验工况进行了数值分析,气幕顶端扩展位移的计算值与实测值吻合较好。在此基础上,对比分析相同喷射条件下喷头运动与否对水下气幕生成特性的影响,结果表明:喷头运动,抑制了流场回流作用,增强了对气幕前端液体的推动作用,8ms时气幕运动速度由10m/s增大到11m/s;增大了喷头下游流场压力,8ms时运动喷头表面轴向受力增大了18%;降低了气幕顶部中心区域温度,但提高了壁面处温度。

玻璃纤维增强型复合材料圆筒高温高压动态冲击断口形貌分析

为了探究埋头弹火炮所用的玻璃纤维增强型(GFR)复合材料药筒在高温高压瞬态冲击条件下的结构强度,分别开展了圆筒静态整体拉伸和动态高温高压冲击实验,从拉伸/瞬态超高压破坏试样断口部分截取断口样品,在扫描电子显微镜下观察断口形貌,得到GFR复合材料在两种不同受力情况下的失效模式。结果表明:室温整体单轴拉伸断裂时,GFR复合材料的断面与轴线夹角接近45°,失效模式为环氧树脂基体破坏和纤维拔出;在高压瞬态冲击作用下,试样主要失效模式为纤维的脆性断裂,同时由于火药燃烧产生的高温燃气使部分环氧树脂基体碳化,纤维与基体界面结合力降低,少数纤维熔融或软化附着在断口上,部分软化的纤维因瞬态超高压被拉细。