基于CFD仿真的炮口制退器性能影响因素研究

目的 在降低火炮后坐力的同时,保证炮手区域超压和温度符合要求。方法 利用流体仿真软件进行炮口流场的数值模拟,对制退器性能影响因素进行仿真分析。根据分析结果,得到改进后的制退器模型,并进行仿真和试验对比。结果 加装侧孔外反射挡板和侧孔倾斜对制退器性能的影响较大,并随角度的变化而变化,加装吹孔能有效降低炮后超压和温度。改进后,制退器的效率提升8.33%,炮后超压值平均降低44.10 kPa,炮后温度值平均降低358.28 K。结论 改进后的制退器具有更高的制退效率以及较低的炮后超压值和温度值。

Φ50mm口径气体炮炮口制退器的设计与效率分析

针对气体炮发射过程中受后坐力作用影响瞄准精度的问题,基于兵器标准推荐数值确定了炮口制退器的主要尺寸参数及其变动范围,设计了适用于Φ50 mm口径的一级气体炮反作用式炮口制退器,理论分析了制退器的制退效率,获得了高压气室压力、弹体质量、侧孔倾角以及侧孔直径等试验参数对制退效率的影响,并通过有限元流场仿真验证了制退效率,该方法和制退器的结构形式为其他应用场景的气体炮炮口制退器的设计提供了参考。

不同结构炮口制退器对某两栖火炮底盘影响分析

为研究不同结构炮口制退器对两栖火炮炮口流场影响,采用CFD技术,结合动网格技术对弹丸进行处理,采用三维非定常可压缩流动的Euler方程和Realizable k-ε湍流方程对炮口流场进行数值模拟。通过数值仿真得到了炮口流场对车体不同部位的超压分布规律,结果表明,在冲击式炮口制退器下舱盖前端面上棱位置横向压力,与舱盖前端面下棱横向压力均比反冲击式的压力高。在炮口下方位置车体上表面横向位置,t=1.0 ms左右,在冲击式炮口制退器下的超压值比反冲击式高约为0.8 MPa。研究结果对两栖火炮炮口底盘相关设计、制退器结构选择提供了数据依据。

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。

钛合金炮口制退器过早失效模拟分析及强化工艺研究

针对钛合金炮口制退器表面过早的冲刷烧蚀问题,文中对TC4钛合金和炮钢制退器进行了射击温升模拟计算分析,经火药气体冲刷后钛合金制退器最高点达913℃,高强钢制退器最高点温度为609℃,局部温升过高导致材料强度降低是钛合金制退器过早失效的重要原因。对TC4钛合金表面进行激光熔覆Ti2AlNb,TiAl,及TC4表面激光渗氮3种方法表面增强研究,结果显示:TC4表面激光熔覆Ti2AlNb的增强方法,硬度高,耐磨性最好。

一级气体炮制退器的流场分析及其效率测试

针对口径为50 mm的一级气体炮制退器,基于三维非定常Navier-Stokes方程,结合多区域动网格技术,对侧孔倾角为120°、孔径为16 mm的制退器流场形态进行了数值模拟,分析了发射压力对冲击波形成、发展和衰减的变化规律以及制退效率的影响。搭建了一级气体炮发射平台,并进行了制退效率测试。实验结果表明:模拟计算得到的一级气体炮制退器的制退效率与实验结果的最大相对偏差小于1.25%,制退器的流场动态发展与实验结果高度一致;制退效率随发射压力的升高呈线性增大,对于侧孔倾角为120°、孔径为16 mm的制退器,当发射压力由5 MPa提升至10 MPa时,制退效率由4.87%提高至12.71%。

一级气体炮制退器的流场仿真与性能研究

为了最大程度消减一级气体炮发射中的后坐效应,研究了一级气体炮制退器的流场特性和制退效率。基于三维非定常Navier-Stokes方程构建了发射炮管制退器的数值仿真模型,采用动网格技术,对比分析了有/无炮口制退器的流场,揭示了高速弹体飞离制退器时气流冲击波的形成、发展和衰减的整个动态演变过程,探究了孔径对制退器流场形态的影响。分析表明:炮口制退器对最大后坐力降低了14.7%;制退器孔径直接改变了进入中央弹孔通道和侧孔通道的气流量分配比,影响了制退效率;当制退器的气流孔径增大为22 mm时,在发射压力25 MPa下制退效率达到23.38%。对炮口制退器的流场形态和制退效率的影响规律进行了分析,可为高压动态气体发射制退提供基础依据。

炮口制退器研究现状及发展趋势

炮口制退器是火炮反后坐装置之一,通过后效期火药气体的冲击,能够显著减小火炮后坐动能,降低火炮后坐力,有利于提高射击精度和射速等,但同时也会产生炮口冲击波、噪声等危害。按结构特点将炮口制退器分为冲击式、反作用式和冲击反作用式3种类型,总结了一种适用于多种炮口制退器制退效率的计算方法。研究了炮口制退器的国内外发展现状,对比了各国主力火炮所采用的炮口制退器的类型,并提出了炮口制退器的轻量化、高效低危害、结构优化、高性能涂层、增强数值仿真能力等发展趋势,对炮口制退器的发展具有一定的参考意义。

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。

基于CFD的炮口制退器效率计算

基于CFD计算了火炮身管自由后坐速度,给出了一种直接计算炮口制退器效率的方法.该方法以带炮口制退器三维非定常流场的数值模拟为基础,计算出身管在火药气体作用下的最大自由后坐速度,得到了炮口制退器的效率.为验证本方法,以某炮口制退器为例进行计算,计算得到的炮口制退器效率与实验测得的结果较为吻合.该方法可以详细研究炮口制退器对火药气体分流过程的影响,较准确地得到炮口制退器的效率,为炮口制退器的设计提供有价值的参考.

带膛口助旋制退器的转管机枪动力学建模与仿真

基于气体动力学理论,建立了转管机枪膛口助旋制退器的气体动力学数值模型,以此计算了助旋制退器的助旋力和制退力。通过改变助旋制退器沿枪管轴线的纵向尺寸,分析了助旋力和制退力随管道腔长度的变化规律。结合内能源转管机枪发射动力学模型,分别对未安装和安装有不同长度的膛口助旋制退装置的转管机枪系统进行了动力学仿真。仿真结果表明,在一定范围内增大助旋器管道腔沿枪管轴线长度可以有效地增加助旋力和制退力。安装膛口助旋制退器,能够实现对内能源转管机枪射频的有效提升。

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。

带制退器的膛口燃烧流场并行数值模拟

采用三维非定常化学反应流控制方程组对带制退器的膛口燃烧流场进行了数值模拟,对流项和化学反应源项分别用TVD格式和基元反应模型进行处理,在多台PC机组成的集群并行系统中,基于域分解的思想对带制退器的三维膛口非平衡化学反应流场进行了数值计算.计算结果表明,膛口制退器能削弱膛口流场激波的强度,抑制二次焰的产生.

炮口制退器斜切喷口结构优化及其应用

建立了炮口制退器斜切扩张喷口二维轴对称流场模型,结合多岛遗传算法以制退器所受冲击力为目标对喷口结构参数进行了优化研究。将优化得到的喷口结构应用于三维制退器模型进行了验证计算,计算结果表明改进后模型中制退器所受的冲击力提高了49.3%。应用多岛遗传算法对制退器结构进行改进是可行的。

某火炮炮口制退器性能的研究

对装有炮口制退器的车载炮膛口冲击流场进行数值模拟,得出高低角为17°,方向角为0°情况下膛口及车身上流场复杂波系结构.根据计算结果分析了膛口和车身上冲击波的发展规律.在火炮发射过程中车身最大压力值为169.573 3 kPa.结合流场模拟结果计算了炮口制退器效率,得到制退器效率为35.008%.数值模拟结果为计算车身在冲击波作用下的动态响应提供了先决条件,为火炮的结构设计提供了参考.

一种新型火炮炮口制退器流场的数值仿真

研究火炮制退器设计优化问题,炮口附近流场超压值分布和制退效率是研究制退器结构优化控制问题时所要考虑的重要目标。为了优化设计,提出一种新型炮口制退器的火炮炮口流场的超压分布模型,分别对无炮口装置和带新型类冲击式炮口制退器的炮口流场进行数值仿真。结果显示,所用的制退器结构能有效降低炮口区域超压值,在周围区域不同点的压力监测值也有相同的衰减效果,在制退器后方冲击波超压值较低,对炮手影响较小。最后利用数值仿真结果表明,设计的制退器提高了效率。研究有助于理解冲击波的特征,并为小口径武器系统制退器的优化设计提供参考。

带制退器膛口流场的三维数值模拟

利用三维任意坐标系下Euler方程组和LU分解的数值方法模拟了不带膛口装置的某步枪膛口流场,计算结果与实验结果比较吻合.对某口径火炮带有制退器的膛口流场进行了数值模拟,其结果反映了制退器内外流场的主要特征和冲击波波系之间的相互作用,在数值模拟的基础上分析了3排侧孔对制退器性能的影响.本文提供了有关膛口流场的详细数据,将对制退器总体性能研究有重要的参考意义.

钛合金在炮口制退器上的应用

为减小炮口制退器质量,提高射击精度和密集度,对钛合金在炮口制退器上的应用进行研究。以计算流体动力学以及有限元理论为基础,综合应用计算流体力学数值仿真技术和有限元分析方法,完成了从炮口制退器炮口流场三维数值模拟到有限元分析的全过程,得出了TC4钛合金和炮钢材料下的炮口制退器应力分布和变形结果。结果表明:在满足使用条件的情况下,TC4材料的使用能减轻炮口制退器的质量,从而可减小其它部件的设计难度。

膛口制退器与缓冲器匹配对后坐力的影响

安装高效的膛口制退器是降低小口径自动炮后坐力的有效手段,以某小口径自动炮为研究对象,设计了4种膛口制退器,并重新设计了缓冲器,建立了小口径自动炮低后坐发射刚柔耦合动力学模型并进行了仿真,合理匹配了制退器与缓冲器二者的参数,使该武器的后坐力得到了明显的降低。如果制退器与缓冲器二者的参数匹配不好,则制退效率高的制退器的后坐力甚至可能会大于制退效率低的制退器的后坐力。研究结果表明,只有将高效的膛口制退器与缓冲器的参数合理匹配,才能使小口径自动炮的后坐力得到显著降低。

在炮架上测试炮口制退器效率的方法

在不具备自由后坐台架试验条件时,在炮架上测试出炮口制退器效率。通过对火炮制退后坐射击过程、火炮自由后坐试验过程、炮口制退器效率计算公式和测试方法的分析,针对在装和不装炮口制退器两种情况,在炮架上直接进行全装药的制退后坐射击试验。分别测量后坐阻力-时间、后坐阻力-位移数据。后坐阻力对时间进行积分求得火药气体对火炮后坐部分的冲量,进而求得自由后坐动能,据此求得在全装药条件下的炮口制退器效率。