弹丸不同结构尼龙弹带挤进过程的阻力特性

为研究大口径火炮发射状态下弹丸尼龙弹带挤进过程的阻力特性,分析不同结构尺寸弹带的影响,建立弹带挤进的有限元模型。基于显式动力学有限元方法,编制内弹道程序对压力场进行计算,利用Abaqus软件对结构动力学过程进行仿真模拟,通过软件内部幅值自定义子程序接口将内弹道程序与动力学过程进行耦合求解。对不同弹底半径、不同宽度以及不同刻槽形式的弹带结构进行仿真计算,模拟结果完整地呈现了挤进过程中弹带的力学性能和变形演化。结果表明:弹丸底部半径越大,弹带流变空间越小,挤进阻力也越大;弹带的密封性能随着其宽度增加而逐渐改善,但所受阻力也会逐渐增大,当宽度过大时会引起膛压过高和弹带失效等风险;弹带刻槽可以有效地将单段流变转变为多段流变,在保证闭气性能前提下避免弹带宽度过大而造成的阻力过大,且刻槽深度变化对挤进阻力的影响比刻槽宽度变化更大;仿真计算结果可为后续选择合理的弹带结构提供重要参考。

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。

中心点火火焰在药床中传播规律的试验研究

为了研究中心点火管火焰在药床中的传播规律,设计了可视化模拟试验平台,开展了不同点火药量、不同装药结构的中心点传火试验。采用高速图像采集系统记录了中心点火管火焰在药床中的传播过程,采用瞬态压力记录仪记录膛内压力的时空变化。结果表明,点火药量为20 g时,出火时间为0.6 ms;点火药量为30 g时,出火时间为1.5 ms;杆状装药床的传火时间平均为2.2 ms,粒状装药床的传火时间平均为3.4 ms,而杆粒混装药床的传火时间为3.1 ms。可见,点火药量对药床出火时间影响显著,较大的点火药量导致药床出火时间延长;不同装药床结构传火性能差异较大,单一杆状装药床传火性能优于单一粒状装药和杆粒混装药床,并且粒状装药床易形成气体壅塞,膛内会出现明显的压力波动现象;根据火焰传播时序位置点,利用一阶指数衰减函数拟合建立了火焰传播过程数学模型,拟合优度大于0.98。