双管自动迫击炮齐射炮口流场分析

为分析双管自动迫击炮齐射时炮口流场对弹丸产生的影响,运用经典内弹道模型对迫击炮发射的膛内平均压力及弹丸速度进行计算,利用三维非定常Euler方程,采用动态分层技术的结构化动网格方法,处理弹丸运动引起的网格变化,建立炮口流场模型,对该双管速射迫击炮发射过程中炮口流场的变化进行数值模拟与分析。研究表明:弹丸出炮口后,火药燃气迅速膨胀,2个流场相互叠加干扰产生局部高压区域,并且相互叠加的流场使弹丸产生的侧向合力,最大侧向力达350.6 N,会对双管自动迫击炮齐射时的射击精度产生影响。

冲击反作用式炮口制退器数值模拟分析

针对冲击反作用式炮口制退器炮口流场建立数学物理模型,进行数值模拟仿真计算,采用多种控制方程及k-ε模型,并利用动网格技术,计算得到了炮口流场的结构和流动参数。通过单冲击式炮口制退器与冲击反作用式炮口制退器壁面合力,炮膛合力等对比,揭示了该型制退器炮口流场的发展规律,且展示了其相比于冲击式炮口制退器的优势。冲击反作用式炮口制退器在发射时后排边孔道出口截面压力明显高于前排的边孔道出口截面压力,与冲击式炮口制退器相比,炮膛合力不足其1/3,制退器壁面合力不足其1/4。数值模拟结果可为该型制退器结构设计与优化提供必要的参考。

炮口制退器侧孔排布对尾翼弹尾翼的影响研究

尾翼弹在发射出膛时尾翼部位会受到炮口制退器腔室内流场的影响,改变其原定的发射姿态,而炮口制退器侧孔排列是改变腔室内流场复杂程度的主要原因。提出发射状态下,研究炮口制退器的侧孔排布对尾翼部位受力状态的影响规律。利用动网格技术,对尾翼弹尾翼在炮口制退器腔室内的运动进行流场仿真模拟,研究炮口制退器不同侧孔排布对尾翼弹尾翼的运动影响。结果显示,在保证炮口制退器侧孔总面积不变的条件下,只需使随炮口制退器每排侧孔数量增加就能使尾翼所受径向力矩和轴上力矩逐渐减小,增加了尾翼弹的飞行稳定性,在工程应用中有着极大价值。

航炮吊舱偏流装置的膛口流场数值模拟

为减小安装于机翼下的吊舱航炮膛口流场对机翼的危害,根据国外先进的航炮吊舱偏流装置结构,设计了一种带斜切角的航炮吊舱偏流装置,基于三维Euler方程并结合流体力学计算软件,应用重叠网格技术,分别对有、无偏流装置时的膛口流场进行了数值仿真,其中在有偏流装置的情况下,分别对斜切角为0°,30°,60°3种斜切角度的偏流装置膛口流场进行了仿真分析,主要研究了在不同斜切角度偏流装置下的非对称流场结构对机翼产生的危害。研究结果表明,此偏流装置将对称性流场变为了非对称流场,能有效降低火药燃气对机翼的冲击和灼伤,并且随着偏流装置斜切角的增大,效果越明显,起到了降低火药燃气的对机翼危害的作用。同时,通过对弹丸侧向速度的计算,得到了弹丸的侧向速度增量,弹丸的侧向速度主要由偏流装置的偏心结构和斜切角引起,随着斜切角的增大,弹丸侧向速度增量有先减小后增大的趋势,选择合适的斜切角能使弹丸侧向速度增量最小,保证了射击精度。

基于CFD的制退器边孔道夹角对效率影响规律研究

针对反作用式炮口制退器建立数学物理模型,采用计算流体力学软件进行数值模拟仿真计算。利用连续性、动量、能量控制方程通过动网格技术、湍流采用k-ω模型,计算4种边孔道夹角下炮口流场的结构与流动参数。采用后处理软件对4种工况其边孔道射流、壁面合力与炮膛合力进行比较,揭示了边孔道夹角对反作用式炮口制退器的影响规律。经求解边孔道40°夹角制退器效率最高可达42.3%,75°夹角其效率最低为31%,数值模拟结果可为反作用式炮口制退器边孔道设计与优化提供参考。

圆柱形膛口装置对膛口流场的影响研究

为避免后效期燃气对枪口周围的影响,通过改变圆柱形膛口装置的尺寸,运用CFD仿真分析,结合动网格技术和重叠网格技术,使用Realizeable k-ε湍流模型,对膛口流场进行仿真计算,通过同一位置观测点温度判断后效期燃气对周围环境影响程度。研究表明:当膛口装置的尺寸设计长径比为1时,能降低40%的膛口气流对周围环境的影响,且相同长径比下,等比例扩大的圆柱形膛口装置能更好的降低对周围环境的影响。

基于CFD-CAA技术某封闭靶场内噪声特性数值模拟

目的预测某封闭靶场排烟室与射击室内的射击噪声特性,为排烟室降噪与射击孔隔音方案设计提供参考。方法在比测室外射击噪声试验数据,保证仿真精度的前提下,采用CFD-CAA耦合算法,对9 mm手枪射击时特定封闭靶场内的射击噪声进行数值计算。首先使用Realizable k-ɛ模型,结合动网格技术,对封闭靶场内射击时的膛口流场进行数值计算。然后开启FW-H声学计算模型,计算各监测点声学数据。结果封闭靶场内射击时,排烟室内各监测点噪声声压级较室外射击时均有增强,增强效果在20°方位角监测点尤为明显,最大增强2.682 dB。结论与室外射击相比,在封闭靶场内射击时,排烟室内射击噪声的峰值声压级较大,混响时间加长,应针对性选择吸音方案,降低混响时间。射击室射手人耳处噪声声压级接近安全阈值,应改进射击孔隔音方案,降低人耳处直达声。

基于ALE方程及嵌入网格法的膛口流场数值模拟

采用基于ALE(Arbitary Lagrangian-Eulerian)方程的动网格和嵌入网格法及二阶精度Roe方法,对膛口流场进行了数值模拟。根据数值结果,详细讨论了初始流场、火药燃气流场的形成与发展以及与弹丸的耦合和相互作用过程,并与膛口流场的实验阴影照片进行了对照,两者在定性上是吻合的。

膛口装置三维流场的数值模拟及制退效率计算

基于三维非定常Euler方程,结合高精度Roe格式以及结构化动网格技术,对弹丸飞离开腔式膛口制退器过程中膛口流场的发展过程进行了数值模拟。根据数值计算结果,讨论了制退器内流场复杂三维瞬态效应的主要特征,与膛口流场的试验阴影照片相吻;根据数值计算结果对开腔式制退器的制退效率进行了计算,其结果与相关试验计算结果相符。文中方法对制退器的总体性能设计具有参考意义。

高速弹丸穿越不同制退器时的膛口流场波系结构研究

基于二维非定常Euler方程,结合高精度Roe格式及结构化动网格技术,对弹丸从膛底飞离不同膛口装置过程中膛口流场的发展过程进行了数值模拟。数值计算结果清晰地揭示了光膛口以及分别加装开腔式和多孔制退器后膛口流场的不同波系结构,同时计算纹影图清楚地显示了其与弹丸相互作用及演变过程。计算结果与本课题组先前相关试验阴影照片相符。另外,根据数值流场结果,详细探讨了制退器降低后坐冲量的机理与膛口周围超压区域的分布,为制退器改进设计提供重要参考。

膛口初始流场对火药燃气流场影响的数值研究

枪炮发射时,身管内被弹丸压缩的空气柱喷出膛口后形成初始流场,它对后续火药燃气流场的发展及弹丸的运动产生很大影响,甚至会降低射击精度。因而,研究初始流场对火药燃气流场的影响机理对于武器设计具有重要的意义。基于ALE方程的有限体积方法,利用AUSM+格式和分区结构化贴体网格对含有复杂形状弹丸的膛口流场进行了数值模拟。根据数值结果绘制的计算阴影图与实验阴影照片符合较好。分别计算了有、无初始流场两种条件下的流场发展过程,详细比较讨论了它们的流场结构与参数特征。结果表明,初始流场的存在是火药燃气流场形成冠状冲击波的必要条件。同时,含有初始流场条件下的近膛口区域最大滞止压力相对于无初始流场条件增加了2倍以上。

射弹倾斜撞击靶板二次破片散布试验研究

该文对射弹大倾角穿透表面加工硬化的有限厚靶板二次破片散布规律进行了试验研究 ,并根据试验结果 ,提出了二次破片飞散区域、形成的二次破片数量与撞击速度、靶板倾角等关系 ,讨论了二次破片的形成机理。

低压环境下膛口冲击波实验研究

为了解低压环境下膛口冲击波的传播特性,进行了低压环境下膛口冲击波的压力测试实验。通过低压舱配合抽真空装置实现低压环境,设计膛口冲击波压力测试系统,测得海拔12 km内7个高度对应压力下膛外多点处的压力曲线。实验结果表明:低压环境下冲击波场在膛口的分布规律与常压环境下一致;膛口冲击波强度随环境压力的降低近似呈线性减小,10 km高空的膛口冲击波强度仅为地面膛口冲击波强度的一半。研究结果对高空环境下膛口流场控制具有参考意义。

某无后坐炮的流场数值模拟

为了研究无后坐炮的流场特性,利用有限体积法、AUSM+格式及嵌入网格技术,对包含运动弹丸的某无后坐炮的前、后复杂流场进行了数值模拟。根据数值结果,绘制了无后座炮前后流场的计算阴影图和炮口周围超压峰值等值线图,详细讨论了无后座炮膛口流场及尾喷管流场的形成与发展;根据有关标准,分析了炮班成员的安全区域。这些结果对于理解无后坐炮的流场特点,预测冲击波对炮手的危害有一定的参考意义。

冲击波超压峰值的数值计算

为提高冲击波超压峰值的数值计算精度,该文根据二阶Roe格式,模拟了3种不同粗细网格条件下的点爆炸流场。基于高精度的数值计算格式,利用冲击波的发展规律求得波阵面速度,再由兰金-雨贡纽方程计算得到超压峰值。并与数值模拟的直接超压峰值进行了对照讨论。结果表明随着网格加密,数值直接超压峰值不断逼近采用冲击波传播速度获得的超压峰值,而后者几乎不变。

硝酸铵对炮口焰的影响研究

从理论上研究了硝酸铵对发射药燃烧产物组成的影响;采用高速摄影仪进行炮口焰拍摄,采用炮口焰面积、炮口焰最大直径、积分光密度对炮口焰进行表征.研究结果表明:在发射药中加入硝酸铵,可以明显降低燃烧产物中可燃气体含量,减小炮口焰;配方中,硝酸铵含量为70%时,与单基药相比,可燃性气体含量降低了98.4%.混装发射药中硝酸铵含量达到25%时,与制式药相比,炮口焰面积减小了44.7%,最大直径减小了31.4%,积分光密度减小了44.7%.

膛口流场动力学过程数值研究

采用基于ALE方法的动网格及嵌入网格技术,运用有限体积方法,结合二阶精度Roe格式,对弹丸由高压气体驱动从静止状态加速至超音速,射出膛口到完全飞离初始流场的整个过程进行了数值模拟.根据数值结果,详细讨论了初始流场、火药燃气流场的形成与发展以及与弹丸的耦合和相互作用过程,揭示了在这一变化过程中激波与激波、激波与漩涡、激波与弹丸等的相互作用以及激波衍射、聚焦等对弹丸加速的影响.

小口径步枪弹头后效期运动特性试验与数值研究

开展弹头在膛口流场运动特性的研究,在准确理解膛口气流对弹头作用以及提高武器射击精度方面都具有重要意义。以某发5. 8 mm口径步枪弹为例,提出了结合高速摄影与阴影照相法,对弹头在膛口流场运动特性进行了试验研究。以试验测试膛压数据为依据,运用耦合内弹道的计算流体力学方法研究弹头在膛口流场中的受力和运动规律。试验结果表明,采用所设计的试验方案可以捕捉到后效期清晰的流场变化和弹头运动。数值计算研究发现:弹头在膛口流场中的运动并非全程加速,冠状气团和火药核心射流的作用是弹头速度变化的主要原因;在轴向力转变时刻,弹头底部仍存在弹底激波。

基于ALE方程的动网格膛口流场数值研究

基于ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian Equation)方程的有限体积法,采用高精度Roe方法及结构化动网格,利用嵌入网格技术及动边界条件,对弹丸由膛内高压气体推动射出到完全飞离初始流场的整个过程进行了数值模拟。根据数值结果绘制了膛口流场密度和压力分布的时序图,形象地再现了膛口流场中初始激波、弓形激波及膛口冲击波,以及接触间断、漩涡和剪切层等的动力学发展过程。结果基本反映了膛口流场的典型变化特征,为进一步研究真实膛口流场(如带化学反应、湍流等)奠定了基础。

带制退器的膛口流场数值模拟

带制退器的膛口流场是一种具有高度瞬变性、强烈方向性的复杂波系结构流场。采用分块网格划分的整体运动处理方法和基于动态层变方法的结构动网格技术处理弹丸高速运动造成的网格变化,模拟某型带炮口制退器的火炮发射过程中的非定常燃气射流流场,根据数值结果,详细讨论了初始流场、火药燃气流场的形成与发展以及与弹丸的耦合和相互作用过程。数值计算结果可以为炮口制退器的设计与实验提供一定理论指导,为深入研究奠定良好基础。