火炮中激光多点点火技术试验研究

将激光多点点火技术引入火炮的装药结构中 ,可以取代传统的底部底火点火方式。本文介绍了在激光多点点火技术领域所开展的研究工作。这些工作包括 :激光多点点火系统光纤网络设计、激光感光—点火点材料选择和设计、光纤—金属密封封接技术研究 ;以及在 3 0 mm火炮上进行的激光多点点火试验研究。这些研究结果充分地说明了激光多点点火技术的可行性和可靠性以及良好的弹道性能 。

长药室装药中多点点火技术试验研究

为解决大口径火炮长药室装药轴向点传火问题,针对药室长度超过3 m的长药室装药,设计了多点点火系统,进行了多点点火研究。运用高速摄像研究了点火头的发火一致性,结果表明,C型点火头4 m s内全部点燃,发火一致性高于A型和B型;测量了不同长度的多点点火管的压力-时间曲线,结果表明,两节和四节模拟装置试验p-t曲线基本重叠,时间近乎同步,破膜前,压力曲线上升一致,时间差小,同时点火同步性好。试验验证了长药室装药中多点点火技术的可行性和可靠性。

横磁振荡模式(TM_(010))微波谐振腔的多点点火方法

针对目前火花塞点火系统燃烧速度慢、燃烧效率低下等问题,提出了一种利用微波谐振腔实现多点点火的方法。通过理论分析和模拟仿真、优化,确定了横磁振荡模式(TM010)谐振腔的尺寸及其发生谐振时的场强分布。同时采用高速相机和压力传感器,对点火燃烧过程进行可视化分析和燃烧压力特性分析。结果表明:与传统的火花塞的点火方法相比,在实验气压为200 k Pa的条件下,这种方法可以缩短到达压力峰值的时间约15%,并且可以使峰值压力提高约5%。因此,这种方法能够实现多点点火。

大口径长药室平衡炮发射装药多点点火特性

针对大口径长药室平衡炮内药量大,轴向点传火距离长,点传火条件复杂等问题,对设计的多点点传火结构建立了两相流计算模型。控制点火位置发火的数目,得到了几种传火管内的火药流动过程和燃气释放规律。对同一规格的传火管在相同装药量下,分别采用单点点火、两点点火及多点点火三种方式点火,对所得到的点传火时间、点传火压力及空隙率等反应点传火特性的特征量进行了对比。结合大口径平衡炮多点点火试验结果,验证了多点点火技术的计算结果。结果表明,单点点火和两点点火在3.3 ms左右仍有火药仍未点燃并出现明显堆积现象,而多点点火在2.43 ms时火药已经接近全部燃完,且各特征量分布较为均匀。为此,在大口径长药室平衡炮以及其它一些装药量大的大口径火炮中采用多点点火技术可以有效改善传火时间,增加点传火安全性,抑制火药堆积。

多点点火对高强化液压自由活塞发动机燃烧过程影响的仿真研究

利用CONVERGE仿真平台建立点燃式液压自由活塞发动机(hydraulic free piston engine,HFPE)三维仿真模型,并实时求解作用在活塞顶表面的压力,从而使缸内燃烧气体力和液压力耦合。在此基础上研究了增压多点点火HFPE的指示热效率情况。研究结果表明:采用多点点火能改善增压HFPE的指示热效率。采用多点点火之后,最佳指示热效率对应的压缩比变小。多点点火使增压比较大时的工况也呈现较高的指示热效率。采用多点点火后,高效区能够扩大到增压比为4以上。适当增加活塞组质量能够延长活塞在上止点附近停留时间,从而进一步提高指示热效率。

阶梯装药火箭发动机多点点火燃气内流场研究

在阶梯装药结构的大型固体火箭发动机中,采用多点点火技术对火箭发动机装药的正常燃烧推力性能的稳定至关重要。本文建立了点火药盒内点火药燃烧过程的经典内弹道模型,采用Fluent软件,对不同点火药盒数量和不同的放置位置(即以点火药量330 g采用头部及中部同时点火,以点火药量400 g采用头部及中部同时点火,以点火药量330 g采用尾部及中部同时点火,以点火药量为400 g尾部及中部同时点火等4种工况)的点火药燃气流入推进剂药床中的流动过程及内流场的流动特性进行了数值仿真计算。研究结果表明,针对头部与中部以330 g及400 g药量点火,其点火燃气的内流场特性,数值计算结果与试验计算结果基本一致;在4种工况中,头部与中部同时点火的结构点火效果优于尾部与中部同时点火的结构,可以较快地形成均匀一致的点火压力分布,有利于提高推进剂点火的同步性与均匀性。

一种多点点火的多功能定容燃烧实验装置

文章设计了一种能多点点火的多功能定容燃烧实验装置,可用于预混层流燃烧、壁面多点点火和燃料喷雾特性等实验研究;介绍了该定容燃烧实验装置的整体结构,并分别介绍了配气系统、数据采集系统、加热系统、点火系统和高速纹影系统等子系统;重点说明了该定容燃烧实验装置多点点火系统的组成及实施方法;最后进行了常温、常压条件下不同当量比甲烷空气燃烧实验验证。结果表明,该定容燃烧装置可以在不同环境温度、不同环境压力、不同当量比以及不同点火参数(火花塞位置、火花塞数量、点火电极间隙、点火能量)等情况下实现预混层流燃烧和壁面多点点火。

高膛压火炮多点点火数值模拟

某高膛压火炮试验中发现多点点火方案的装药利用率较高,但膛内压力波较大。为了减小膛内压力波、完善多点点火方案,应用两相流内弹道理论对该炮的多点点火过程进行了数值模拟,数值模拟结果与试验结果有较好的一致性。通过数值模拟和分析,指出了减小膛内压力波可采取的措施,以确保高膛压火炮的内弹道性能稳定和装药安全可靠。

高速纹影法对微波多点点火的实验研究

微波放电点火是一种能够产生空间多点点火的点火方法,在内燃机的快速燃烧领域具有非常巨大的应用潜力。本文利用了高速纹影拍摄的方法,证实了微波空间多点点火现象的发生并记录了火焰发展过程.实验中将微波谐振腔系统和纹影光学系统相结合,采用了ITO镀膜石英玻璃作为微波谐振腔的底面,使得光线能够透过腔体展现燃烧过程,并保证了微波谐振腔特性。微波多点点火实验在0.2 MPa、相对空燃比为1的甲烷-空气的混合气体中进行,利用2 ms-3000W-2.45 GHz的脉冲微波,可产生2~4个着火点的多点点火现象,实验证明了随着微波多点点火的数量的增加,燃烧速度越快,燃烧时间越短,能提高腔内压力,提高燃烧效率。

长药室装药中多点点传火一维两相流数值模拟

针对药室长度超过3m的长药室装药设计问题,设计了以电点火具为点火源的多点点火系统,在点传火模拟实验装置上进行了多点点火的实验研究。同时,建立了点传火模拟实验装置中多点点传火过程的数学物理模型,采用MacCormack差分格式进行了数值求解,得到了点传火模拟装置中传火管的压力分布、固相和气相速度以及空隙率等数值解,分析了多点点传火系统的点传火过程。计算结果与实验结果吻合,比较准确地描述了点传火过程,表明该数值模拟方法合理可行。

对置活塞二冲程汽油机多点点火燃烧特性研究

由于取消了气缸盖,对置活塞二冲程(OP2S)汽油机的火花塞只能布置于气缸侧壁。因此在单火花塞点火时,缸内火焰传播不对称,导致OP2S汽油机具有较明显的爆震倾向。为了有效地抑制爆震的发生,利用三维CFD软件对OP2S直喷汽油机在不同火花塞数目下缸内的燃烧过程进行了数值仿真,并结合试验研究了火花塞数目对混合气燃烧特性的影响,分析了不同火花塞数目对缸内燃烧压力、燃烧持续期及燃烧放热率的影响规律。研究结果表明,增加火花塞数量可以有效改善缸内的燃烧情况,而对侧布置双火花塞的布置形式为最佳方案。

火炮点火系统的发展与展望

回顾了火炮点火系统的发展历程，介绍了几种新的点火系统，对火炮点火技术研究提出了建议。

一种快速新型点火系统

本文提出了一种新型多点点火系统的研究结果。采用轴对称二维两相流内弹道数值模型对该点火系统进行了内弹道性能计算 ,并与传统点火系统进行了对比。完成了评价点火系统性能的炮膛模拟和火炮射击试验 ,得到P t曲线、膛底最大压力、负压差和弹丸初速。结果表明这种新型点火系统用于大口径火炮中的设想是切实可行的 ,它的成功应用可望能大大改善其点火均匀性、同时性、安全性和可靠性 。

大口径高速平衡炮点火具系统点火试验及理论研究

为了了解点火导线型号的不同对多点点传火系统一致性的影响,也为大口径高速平衡炮选择合适的点火导线提供参考,该文对常用的2种点火导线进行了多点点传火具的发火试验,试验结果表明:多根导线并联降阻,减小连接线长度,可以有效减小导线电阻对点火时间延迟的影响。在试验的基础上,对多点点传火管进一步进行数值模拟,验证了试验中所用24 m、10 mm^2铜导线可以有效发挥点火同步性,减小压力波强度,满足了480 mm大口径高速平衡炮对多点点传火系统性能的需求。该研究为相关大口径火炮的点传火系统设计提供了理论和试验依据。

微波点火技术及其在汽油机上的应用

1传统火花塞点火方式的缺点火花塞点火应用于汽油机已经有100多年的历史。点火虽然从一开始的单点点火发展到了目前的多点点火,但却依然是沿用火花塞点火技术,而火花塞点火技术的进步却掩盖不了火花塞点火系统存在的问题。(1)火花塞点火方式造成的汽油机燃烧循环波动率要高于柴油机,且有研究表明燃烧循环波动率每增大1%,汽油机的指示热效率便降低1.5%。