Firing Stability of Rarefaction Wave Gun Based on Virtual Prototype

The dynamics characteristics of rarefaction wave gun( RAVEN) in launching are studied. Based on its characteristics of structure and interior ballistics, the launch dynamic model and virtual prototype of RAVEN are established. After simulating and solving by ADAMS software, through comparison RAVEN to conventional gun,influences of some structural parameters on firing stability are acquired. Optimization analysis of structural parameters of gun based on analysis of the firing stability is done. It puts forward the theoretic basis for improving firing stability and security.

某低后坐自动炮动力学特性与优化研究

为了进一步减小火炮后坐力,满足大威力火力系统向轻量化发展的需要,以基于膨胀波原理发射埋头弹药的低后坐自动炮为研究对象,建立了发射过程的内弹道模型,借助数值仿真方法,获得了膛内压力和弹丸初速数值解。结果表明相比传统闭膛式火炮发射,低后坐火炮在保证弹丸初速基本不变的同时炮膛合力冲量减小了31.5%。采用虚拟样机技术,建立了虚拟样机模型,获得了动力学特性曲线,结果表明最大后坐力减小高达74%,通过射击试验验证了仿真结果的可信性。在此基础上,以惯性炮闩最大阻力值最小为目标建立了优化模型,应用Isight软件平台集成RecurDyn软件方式,采用多岛遗传算法对缓冲簧的厚度、压平时变形量、片数、碟簧外径等参数进行了匹配优化,对所得到的最优解进行了仿真分析。结果表明,在不影响系统性能和结构安装尺寸的前提下使得惯性炮闩最大阻力值减小14.2%,为惯性炮闩轻量化设计提供依据。

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。

降低火炮后坐力技术概述

低后坐力技术是协调火炮威力、机动性和精度三者之间矛盾的关键技术。降低火炮后坐力技术主要有前冲技术、超长和串联超长后坐技术、二维后坐技术、炮口制退器技术、膨胀波减小后坐力技术和电(磁)流变技术。前冲后坐技术需要适应多种装药的变化,要有专门的卡锁装置,迟发火或瞎火时需采取相应的安全措施,尤其要解决首发射击精度问题。膨胀波火炮红外目标特征太明显,要求能精确控制火炮相关机构,需系统、全面地研究探索内弹道技术、火炮自动机技术等相关技术。在火炮设计过程中,应对各种降低后坐力的技术进行综合分析与对比,提出相容性好的低后坐力技术应用方案。

膨胀波火炮后喷装置流场性能分析

根据膨胀波火炮的工作原理,采用"隔离体"方法分别对系统的后喷装置和发射装置进行单独建模。利用Fluent软件的自定义功能将内弹道程序嵌入到Fluent中进行耦合计算,准确地描述了计及后喷装置动态打开过程的内弹道过程。通过对不同类型的后喷装置流场的计算分析和性能对比,为膨胀波火炮后喷装置结构设计和性能优化提供了理论参考。

膨胀波火炮后喷冲击波流场数值模拟

为研究后喷冲击波流场特性,以确定其危险区域,针对膨胀波火炮排气方式以及后喷冲击波流场的复杂波系特性,建立了三维可压缩Navier-Stokes方程。采用一阶精度的迎风总差分变小格式及自适应网格技术,对某口径膛底排气膨胀波火炮的后喷冲击波流场进行了数值模拟,获得了后喷冲击波的流动规律。结果表明:尽管差分格式的精度为一阶,通过采用自适应网格技术,同样可以获得较高的激波分辨率;同时可以确定冲击波超压的大小,以此确定膨胀波火炮后喷冲击波的安全范围。

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。

膨胀波火炮内弹道初步研究

膨胀波火炮是在保持弹丸炮口速度不变的情况下,提前开启闩体使发射药气体后喷,从而大幅度减小火炮的后坐动量的一种新发射原理。该火炮是解决火炮系统威力和机动性矛盾的一次革命性变革。应用两相流内弹道理论,针对某口径火炮发射过程建立了理论模型,并进行了数值模拟,给出了开启闩体后波的传播的运动规律,指出了该火炮减小后坐动量应采取的措施。

惯性炮尾式膨胀波火炮膨胀波速度和行程计算仿真

膨胀波火炮利用弹丸在膛内运行到一定位置时提前开闩的方法,实现了在不降低弹丸初速的前提下大幅度减小火炮后坐力的目的。基于膨胀波火炮后喷装置的工作特性,对两种不同打开方式进行了讨论,着重对惯性炮尾式膨胀波火炮进行了物理模型和经典内弹道模型建立,并进行数值仿真。最后根据经验公式估算的惯性炮尾开闩行程,利用反推法计算了惯性炮尾式膨胀波火炮膨胀波在身管内的传播速度和行程,进而获得了惯性炮尾最佳打开时机和开闩行程。

膨胀波火炮两相流内弹道性能分析与数值模拟

根据膨胀波火炮(RAVEN)系统的发射机理及结构特点,采用两相流理论,建立发射过程中计及膛内气固两相相间作用及后喷装置动态打开过程的两相流内弹道模型,给出了相应的数值求解方法。通过对RAVEN内弹道过程的求解分析与实验比对,得到了发射过程中,膛内火药燃烧及燃气流动状态的变化规律,给出了后喷装置引入所产生的有别于传统闭膛火炮系统的膛内流动现象,验证了RAVEN内弹道两相流模型的正确性。通过数值求解计算可得到:1)RAVEN系统在不影响炮口动能的前提下后坐冲量减小53.04%,身管热量降低50.42%;2)后喷打开时机越早,减小系统后坐,降低身管热量的能力越强;3)喷管截面参数的变化对减小系统后坐、降低身管热量能力的影响很小。

膨胀波火炮发射性能计算分析

针对膨胀波火炮的发射性能及不同因素对发射性能的影响规律进行了研究分析。基于膨胀波火炮的发射机理,建立了膨胀波火炮两相流内弹道模型,给出了相应的数值求解方法。通过与同口径闭膛火炮内弹道过程的对比计算,分析了膨胀波火炮的发射性能,得到了装填条件、打开时机和后喷结构参数等因素对发射性能的影响规律。

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。

基于MacCormack法的膨胀波火炮内弹道数值模拟

为了简单准确地求出膨胀波火炮的内弹道参数,建立了符合MacCormack格式的膨胀波火炮一维均相流内弹道模型,通过MacCormack法进行求解,得到开闩和不开闩状态下的膨胀波火炮的压力、速度曲线,并给出了经典内弹道在开闩和不开闩条件下的压力、速度曲线。通过结果对比,证明了MacCormack内弹道模型的正确性,MacCormack法求得开闩下的弹丸初速比平均压力法求得的更准确。计算出膨胀波火炮膛内压力、速度、密度、温度等内弹道参数的分布规律,真实地再现了膨胀波在膛内的流动过程。本次计算结果可作为膨胀波火炮的结构设计和后坐效率的基础。

膨胀波火炮喷口打开时间影响因素研究

膨胀波火炮后喷装置喷口打开时间是膨胀波火炮减小后坐和降低身管热量的关键,本文对惯性炮闩式膨胀波火炮后喷装置喷口打开时间的影响因素进行研究,利用建立的膨胀波火炮内弹道模型,分析计算膨胀波火炮惯性炮闩的质量、惯性炮闩的启动压力和惯性炮闩的最大行程长对膨胀波火炮后喷装置喷口打开时间的影响.计算结果表明:惯性炮闩的质量对膨胀波火炮后喷装置喷口打开时间影响很大;惯性炮闩的最大行程长与膨胀波火炮后喷装置喷口打开时间成正比;惯性炮闩的启动压力对膨胀波火炮后喷装置喷口打开时间的影响极小.该结果可以为膨胀波火炮后喷装置喷口打开时间的控制提供一定的理论依据.

喷管喉部面积对膨胀波火炮内弹道影响分析

膨胀波火炮内弹道参数变化规律较常规火炮复杂,后喷气体对膛内气流影响较大,而影响气体后喷的关键因素是喷管喉部面积。针对爆破片式膨胀波火炮内弹道模型进行研究,利用爆破片式膨胀波火炮内弹道方程组和流量方程,分析喷管喉部面积对内弹道参数、流量和弹丸初速的影响。结果表明:喷管喉部面积越大,流量越大,弹丸初速越小;喷管喉部面积对流量影响较大,对弹丸初速影响较小。该结果对膨胀波火炮喷管设计和减后坐效率计算提供一定依据。

耦合内弹道的膨胀波火炮发射过程流场仿真分析

研究了膨胀波火炮在发射时,膛内火药燃气的流动情况,并通过对其后喷流场火药燃气流动情况进行分析,进而确定了后喷流场处产生的危险区域的大小。采用动网格技术及使用Profile文件耦合膨胀波火炮的内弹道,利用UDF对膨胀波火炮膛内火药燃气的速度、压力和温度进行初始化,对膨胀波火炮膛内时期的发射过程进行数值模拟,观察火药燃气在膛内时期运动过程并进行分析。结果表明,膨胀波火炮火药燃气在膛内压力迅速降低,并向炮口快速运动;在炮尾形成的危险区域比膛口处的危险区域更大;后喷流场的危险区域在x轴方向上的危险距离为2.3 m,在y轴方向上的危险距离为1.4 m。

惯性炮闩对膨胀波火炮膛压影响分析

为分析惯性炮闩对惯性炮闩式膨胀波火炮膛压的影响,建立了膨胀波火炮的内弹道模型。计算分析了惯性炮闩的质量、惯性炮闩的启动压力和惯性炮闩的最大行程长对膨胀波火炮的膛压影响。计算结果表明惯性炮闩的质量对膨胀波火炮的膛压影响较大,惯性炮闩的启动压力对膨胀波火炮膛压影响较小,惯性炮闩的最大行程长对膨胀波火炮的最大膛压影响很小。该结果能够为膨胀波火炮惯性炮闩的设计与优化提供一定的理论依据。

大口径膨胀波火炮减后坐效率分析

相比于常规火炮,膨胀波火炮在保证炮口威力的同时实现了低后坐、低身管热量的发射过程,使火炮性能显著提高,因此其内弹道研究对于武器系统的改进有着重要意义。针对某型大口径膨胀波火炮的发射过程,构建一维均相流内弹道模型,采用CTVD差分格式求解该模型,得到该膨胀波火炮膛内各参量的变化规律,并与常规火炮后坐冲量进行对比。结果表明,与同类型常规火炮相比,大口径膨胀波火炮通过膛底排气,在基本不降低弹丸速度的情况下可以有效减小后坐力,减后坐效率达到26.1%。在合理范围内降低初速,减后坐效率将达到47.3%。

膨胀波火炮前置式喷口连接角对火炮后坐的影响

在分析前置式膨胀波火炮后喷装置结构的基础上,建立ZBL-09式122mm自行火炮前置式后喷装置的简化模型;喷管间距不同时,应用FLUENT软件对影响反后坐效能的后喷装置入口与身管法线的连接角度进行计算分析,得到最佳连接角度与喷管间距的关系,最佳连接角度随喷管间距的增加而增大。