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。

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。

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%。

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。

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。

炮口制退器高效率低危害技术探讨

炮口制退器带来的压力波对人体的危害不容忽视。提出了在不降低制退器效率情况下实现GJB50-1985规定的压力波允许值的研究目标。通过进行制退器和炮口流场两方面原理分析,得出减小出口处喷流压力和最大瞬间秒流量,增加气流在装置内滞留时间的理论依据。对以下4种技术途径进行了探讨:新型炮口制退器结构;将气流引向炮口后部,增大腔室空间,在制退器内径向分流;纵向截流;减小冲击波膨胀时相互干扰,抑制激波瓶的形成。为高效率低危害炮口制退器的结构设计提供了参考。

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。

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。

一种测试炮口制退器效率的新方法

针对测定炮口制退器效率的现状,基于对火炮后坐运动中功能关系的理论分析,提出一种名为对比法的测试炮口制退器效率的新方法.对比法是在火炮全装药条件下,分别对安装两种不同炮口制退器的工况进行制退后坐射击试验,通过测量和计算得到后坐阻力-后坐位移曲线,并对其积分得到后坐阻力功;再根据两种工况下后坐阻力功的关系,即可计算出炮口制退器效率.最后,通过火炮射击试验对该方法进行了验证,结果表明:对比法可以准确、快速、经济地测得炮口制退器效率.

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。

新型钛合金炮口制退器三维数值模拟与分析

以金属激光增材制造为技术手段,设计一种新型的钛合金航炮炮口制退器。基于三维非定常Euler方程,结合高精度Roe格式以及结构化网格技术,对带新型炮口制退器的膛口流场进行三维数值模拟,得到了小口径火炮的火药燃气速度以及冲击波的形成与发展过程。结果表明:新型炮口制退器起到分流与制退作用,多侧孔结构实现了大程度的分流效果,同时制退效率可达到29%。文中制退器的结构设计以及数值模拟仿真方法对于新型钛合金制退器的发展具有一定的参考意义。

某型狙击榴弹发射器的膛口制退器优化设计

为进一步减小某型狙击榴弹发射器的后坐力,对其膛口制退器开展优化设计。针对膛口制退器的腔室结构参数确定各改进方案并计算了制退效率;根据武器气体动力学理论计算了不同边道孔角度制退器的制退力,将制退力数据添加到虚拟样机仿真模型中并进行了仿真分析,根据武器各部件的运动曲线确定了腔室角度为120°的设计方案为优选方案;对优选方案进行了实弹射击实验,制退效率实验结果与理论计算误差均小于5%,误差在允许范围内;该膛口制退器腔室角度增大到120°可使制退效率从14.7%提高到27.0%,后坐力峰值降低13.6%,后坐冲量减小6.3%.结果表明膛口制退器腔室角度增大到120°可有效提高制退效率,有效减小后坐力。

一种降超压值的高效率身管装置流场分析

炮口制退器是火炮上重要的减后坐力装置,可以有效降低后坐力和后坐位移。但随着炮口制退器制退效率的提高,炮口超压值带来的危害显著增大。针对某型高效率炮口制退器带来的炮口超压值过高的问题,提出一种基于封闭反射膨胀原理的身管装置。采用N-S方程和k-e两方程模型,建立含弹丸的三维数值模型,应用动网格技术和用户自定义函数(UDF)模拟弹丸在发射过程中的运动。通过实验和仿真结果发现,安装炮口装置和身管装置的方案与只安装炮口装置的方案相比,在制退效率仅下降了3%的情况下能够实现监测点的超压峰值下降约60 MPa,为火炮减后坐力方法提供了新思路。

反器材步枪膛口装置设计与仿真

某反器材步枪膛口装置为两腔冲击式制退器,由于结构设计原因,枪手在射击时,制退器后喷的火药燃气会产生较大的冲击波﹑声响及火焰,对射手容易造成伤害。为了解膛口装置制退效率的影响因素,优化其结构使其在相同制退效率下,减小冲击波等对射手的伤害,根据三维非定常Euler方程,利用Fluent软件对弹丸飞离改进后膛口装置时的流场建模并进行仿真,并利用Matlab软件编程对其制退效率进行了数值计算,两者结果相符。结果分析表明:优化后制退器可在保证相同制退效率下,有效地减小冲击波大小,可为解决同类问题提供有价值的借鉴。

基于AMESim大口径步枪缓冲器设计与仿真

一般多数大口径步枪采用膛口装置和弹簧缓冲器抵制全枪后坐,但后坐行程较大,不利于武器系统的轻量化设计。而液压缓冲器制动效果平稳,结构轻便,加装液压缓冲器,能够有效地减小膛底合力峰值时冲击力。借鉴固定流液孔式缓冲器、液压元件节流阀工作原理以及细长小孔流液特征,设计自适应调节后坐与复进的弹簧—液压缓冲器,在AMESim软件中设置原12.7 mm口径步枪相关参数,进行系统计算。结果表明:自适应液压缓冲器能够在较短后坐距离上制动枪管后坐,有效减小后坐活动部件的后坐力和冲击效应,为大口径步枪减后坐研究提供了一定的参考。

炮口结构参数对炮口性能的影响分析

炮口制退器的侧孔倾角和挡板角度影响炮口制退器效率,以炮口制退器侧孔倾角及挡板角度为变量,分别取50°、60°、70°建立炮口制退器二维计算模型,并利用CFD技术对其分别进行二维非定常计算模拟。研究表明,炮口制退器效率随着挡板角度和侧孔倾角的增大而减小,并且挡板角度比侧孔倾角对效率影响的灵敏度大,即挡板角度较侧孔倾角对炮口制退器效率的影响作用更显著。

自动机膛口装置参变量优化及验证

以膛口装置的参变量相互关系为研究对象,为提升自动机后坐行程中的制退效率,尤其是削弱射击时的后坐冲击,对膛口装置的制退特性开展理论和试验研究。建立膛口装置参变量仿真模型,分析各参变量变化对制退效率的影响,采用斯鲁霍斯基方法,对结构特征量K与制退效率、火药气体作用系数与弹丸初速的相互影响、膛口装置反射板面积与速度系数的关系、结构特征量的影响因素变化等进行计算分析,并与试验结果进行对比。研究结果表明,所建立的数学模型能够准确描述制退效率的变化规律,根据这一结果,可以结合不同需要对参变量进行优化设计,改进制退效率,均衡侧向冲击。