膨胀波枪炮发射原理数值建模与分析

对于新近问世的膨胀波枪炮,提出了其发射过程的四阶段物理模型,采用准一维准两相流理论建立了其发射过程动力学模型,以14.5 mm膨胀波弹道枪为对象进行了数值仿真计算,将计算结果与普通闭膛枪炮的内弹道过程进行了对比,得出了膨胀波枪炮发射中的各种特征参量变化规律以及膛尾打开时刻等关键参数。计算表明:14.5 mm膨胀波弹道枪在基本不降低枪炮初速的前提下能减少59%的后坐动量。

基于解析法的电磁发射弹丸内膛磁场分布特性分析

电磁轨道发射装置膛内的磁场分布特性对制导弹丸的器件布局设计非常重要。对电磁轨道发射装置膛内的强磁场环境进行了分析,基于毕奥-萨伐尔定律推导了考虑弹丸运动位移和电流趋肤深度下膛内磁场的计算公式。通过时谐分析方法并采用数据拟合的方式得到了电感梯度与电流频率和弹丸运动位移的函数关系,用以分析弹丸的内弹道运动特性。采用时频分析方法得到了电流趋肤深度随时间的变化关系,从而建立了弹丸中轴线磁场分布特性求解的三维解析计算模型。以实验室的电磁发射装置为例,采用试验电流数据作为输入,对内膛弹丸处磁场分布特性进行解析计算。结果表明:弹丸中轴线的磁感应频率在450 Hz以下,磁感应强度峰值达到0.4 T,并沿弹丸长度方向迅速衰减,100 mm处的磁场基本降为0.利用磁探针的测试数据验证了理论计算模型的正确性。

膨胀波枪炮发射性能若干影响因素的研究

膨胀波枪炮利用延时打开膛尾的方法实现了在不降低弹丸初速的前提下大幅度减小枪炮后坐的目的。提出了膨胀波枪炮发射过程的四阶段物理模型,采用准一维准两相流理论建立了膨胀波枪炮发射过程的动力学模型,以14.5 mm膨胀波弹道枪为例,计算并分析了膛尾打开时间、装药量、药室容积、身管长度、弹丸质量以及尾喷管长度、张角等参数对膨胀波枪炮的减后坐效率、弹丸初速等发射性能的影响规律,并提出了一种崭新的利用调节开尾时间来控制膨胀波枪炮初速和射速的技术方案。

动态条件下电磁轨道炮膛内磁场和电场分析

针对动态条件下电磁轨道炮膛内磁场和电场分布特性研究缺乏的问题,提出一种数值计算方法。基于磁扩散方程和安培定律,利用测得的动态实验数据和炮尾处磁通密度值,通过有限元计算,确定电枢区域和导轨区域的电流密度值;进一步计算得到电枢前端及后端中轴线各考察点磁场和电场分布特性。结果表明:随着与电枢距离的增加,各考察点峰值磁通密度逐渐减小,电枢前端各点衰减速度远大于后端各点;炮口时刻各考察点峰值电场值为膛内发射过程的数倍。提出的方法能够有效计算轨道炮智能炮弹部位感应电场和磁场,计算结果有助于智能炮弹电磁屏蔽设计。

自动武器喷管气流反推减后坐技术

为了更好地降低自动武器后坐力对射击精度的影响,该文提出了一种利用膛内燃气通过拉瓦尔喷管气流反推减后坐力的新型自动武器结构,建立了双一维两相流数学模型,并以5.8 mm口径实验枪为研究对象进行数值模拟计算仿真。结果表明:该结构能在不明显减小弹丸初速的同时,起到明显的减后坐力的作用,减后坐效率达到37.8%。

固体火箭发动机燃气射流驱动液柱过程中的内弹道研究

为了实现单兵火箭"有限空间内发射"的能力,提出了在尾管内放置液柱平衡体的单兵火箭发射系统,对该系统进行试验研究的同时分时段分析了内弹道过程。以经典内弹道理论为基础,将燃气与液体之间的无规则混合假设为"穿孔混合",建立了发射系统的数学模型,并运用龙格-库塔法进行了数值计算,给出了完整的内弹道曲线。通过试验与计算结果的对比分析,计算结果与试验结果吻合较好,燃烧室最大压力相对误差为1.6%,弹丸速度相对误差为0.9%,验证了该模型的有效性,为单兵火箭驱动液柱发射系统的内弹道过程提供理论参考依据。对比分析单兵火箭发射系统在有无液体柱平衡体两种条件下的计算结果可知,在相同发射条件下,液柱平衡体在减弱发射特征的同时提高了弹丸的速度,提升了火箭弹的威力。

基于两相流理论的膨胀波枪炮内弹道机理

利用一维两相流理论建立了膨胀波枪炮发射过程的四阶段动力学模型,计算了14.5 mm膨胀波弹道枪、14.5 mm机枪(单发)和14.5 mm无坐力弹道枪的发射过程,分析了3种武器的内弹道特征量的变化规律.结果表明,与常规闭膛枪炮相比膨胀波枪炮在不减小弹丸初速的情况下能大幅度减小后坐;与无坐力枪炮相比膨胀波枪炮大大提高了火药利用效率和弹道效能。

喷孔前置式膨胀波枪炮发射过程数值仿真与分析

喷孔前置式膨胀波枪炮是一种结合了喷气反推式低后坐力枪炮和膨胀波火炮性能优点的新型低后坐力武器。提出了其发射过程的四阶段物理模型,运用准一维准两相流理论建立了其内弹道过程的动力学模型,针对其特殊的减后坐组件结构提出了身管—反作用导气管双流场耦合计算的边界条件和计算方法,以14.5mm喷孔前置式膨胀波弹道枪为例进行了数值仿真,并将仿真结果与普通14.5mm机枪的内弹道过程进行了对比。结果表明,在结构参数匹配合理的情况下14.5mm喷孔前置式膨胀波弹道枪能在不减小弹丸初速的前提下减少40.56%的后坐动量。

气体炮实用内弹道方程及应用

根据气体炮的工作原理和特点,建立了其内弹道数学模型,推导了实用的气体炮内弹道方程的解法。结合实际应用,对气体炮发射理论的有关参数进行了分析和简化处理。试验结果表明,这种方法可以方便、快捷、准确地用于气体炮研制和工程开发。

两种拉瓦尔喷管减后坐结构效能对比分析

为了更加深入地了解2种拉瓦尔喷管减后坐结构的动力学特性,对2种利用拉瓦尔喷管减后坐的结构分别建立了双一维两相流模型,以5.8 mm口径实验枪为研究对象进行数值模拟计算,对数值仿真结果进行了对比分析.结果表明,喷管后置式减后坐结构在保持弹丸出膛口速度的同时能够提供更大的减后坐效率,减后坐效能明显优于喷管前置式减后坐结构.

电磁轨道炮瞬态磁场测量与数值模拟

为研究电磁轨道炮的磁场特性,建立三维瞬态电磁场计算模型,采用时域有限元/边界元耦合方法进行求解,获得了电枢的膛内运动过程,以及电流密度和磁通密度的时空分布,讨论电枢与轨道间的滑动电接触在电流扩散过程中产生的速度趋肤效应。在发射实验中,用B探针测量电枢运动及磁场,分析了发射过程中的瞬态磁场变化特点,与数值模拟结果进行对比,验证了电磁轨道炮三维瞬态电磁场计算模型的有效性。

液体发射药迫击炮内弹道燃烧稳定性

为研究液体发射药迫击炮内弹道特性,搭建60 mm液体发射药迫击炮瞬态测试系统,对其燃烧室压力变化与迫击炮弹初速进行测试。在试验基础上,基于非定常欧拉-拉格朗日模型和液体发射药蒸发-燃烧模型建立带燃烧反应的液体发射药迫击炮两相流计算模型,对内弹道过程中的反应流场进行模拟,分析复杂气相流场与液体发射药喷射燃烧间的耦合关系及压力振荡形成机理。结果表明:60 mm液体发射药迫击炮燃烧稳定性好,具有工程化潜力;数值模拟与试验结果吻合度较高,且可以复现压力振荡现象,计算模型具有合理性;液体发射药的喷射与燃烧均受燃烧室内气涡的影响;反射波引发的液体发射药集中燃烧使压力表现为一种振荡发展。

水下枪械内弹道基本方程组

介绍了水下枪械发射时内弹道的技术特点,以弹丸和弹丸前枪管内的水柱为受力体建立了水下内弹道的简化模型,导出了水下内弹道基本方程组。以某单基药为发射药对箭形弹进行的内弹道特征参数仿真计算结果表明水下枪械的p t曲线变化规律与大气中枪械相似,但压力上升的速度较快。p t仿真曲线与实验曲线具有较好的一致性。

喷气反推式低后坐力武器内弹道机理研究

喷气反推式低后坐力武器通过从膛内导出部分火药气体经喷管向后喷射实现了大幅度减小后坐冲量的目的。运用准一维准两相流理论建立了其内弹道过程的动力学模型,以14.5mm喷气反推式低后坐力弹道枪为例进行了数值计算,并将计算结果与普通机枪的内弹道过程进行了对比。计算结果表明,在结构参数匹配合理的情况下,14.5mm口径的喷气反推式低后坐力武器能以仅损失6.3%的初速的代价减少40.56%的后坐冲量,这一性能对于增强单兵和轻型作战平台的火力具有重要意义。

惯性炮尾式膨胀波火炮内弹道建模与仿真

根据膨胀波火炮后喷装置的工作特性,对惯性炮尾式膨胀波火炮进行了内弹道建模与仿真,并将仿真结果与同型号常规封闭火炮的内弹道性能进行对比.结果表明,在相同装填条件下,膨胀波火炮在不影响弹丸初速的前提下能大幅度减小火炮后坐冲量和身管温度.

喷管前置式减后坐武器内弹道机理分析

为了更好的了解拉瓦尔喷管气流反推减后坐结构的工作原理,对它的内弹道过程和喷管内气流运动过程分别建立了欧拉型无粘的一维两相流数学模型,并以5.8mm口径实验枪为对象进行了数值仿真计算,将结果与普通导气式自动步枪内弹道仿真数据进行了对比,得出了喷管前置式减后坐武器发射过程中各种特征参量的变化规律,以及影响减后坐效率的关键参数。计算结果表明:喷管前置式减后坐结构在弹丸出膛口时速度减小5.5%,后坐力减小20.36%。

新型低后坐膨胀波火炮的原理分析及模型研究

系统地介绍了各种低后坐武器的工作原理和存在的相应缺陷,并在此基础上全面介绍了一种新型低后坐武器——膨胀波火炮的工作原理、性能,以及目前尚待解决的技术问题。同时根据膨胀波火炮的工作方式,考虑发射过程中混合流体的相间作用,采用两相流理论中的分流法建立描述膛内射击过程的内弹道两相流气动力模型,分析了其减小后坐和降低身管温度的机理,并给出了相应的数值解法。

双门式炮闩膨胀波火炮内弹道建模与仿真

根据膨胀波火炮的发射原理，针对两种不同开闩方式分别进行讨论，着重对最新设计研制的双门式炮闩膨胀波火炮进行内弹道建模与仿真，并将仿真结果与同型号常规封闭火炮的内弹道性能进行对比。结果表明，在相同装填条件下，膨胀波火炮在不影响弹丸初速的前提下能大幅度减小火炮后坐冲量和身管温度。

一种新型卧式大容量弹匣结构原理与性能研究

为了提高自动步枪火力持续性,提出适用步枪弹的新型卧式大容量弹匣结构。采用该弹匣结构使全枪高度尺寸大大减小,重心更靠近全枪中心,结构原理可行。建立了弹匣运动学/动力学仿真模型,对供弹、装弹动作协调性进行了仿真,分析了枪弹在90°弹匣变向件中的运动状态及动作的及时可靠性,分析了枪弹从供弹口装入弹匣的动作可行性,对弹匣小角度偏离时的供弹动作进行了分析,最后得到了推弹路线,验证了卧式大容量弹匣的可行性。

多孔式喷管减后坐枪炮发射过程仿真与优化

为了优化多孔式拉瓦尔喷管减后坐结构,将机枪的发射过程分为6个阶段,运用准一维两相流理论建立机枪发射过程的动力学模型,并以某7.62 mm机枪为研究对象进行仿真,得到了机枪在不同方案下的弹丸速度和枪身的后坐力曲线,分析了导气孔之间的距离和导气孔数量等参数对弹丸初速和减后坐效率等发射性能的影响规律。计算结果表明:上述减后坐结构条件下能够在弹丸初速下降较小的情况下,较大的提高减后坐效率,并通过对比计算结果可找出最佳方案。