大口径超高速平衡炮膛口流场特性分析

为了研究大口径超高速平衡炮的膛口流场特性,基于有限体积法,采用分块网格划分的整体运动处理方法,结合结构动网格技术,并采用N-S方程结合Realizable k-ε湍流模型,建立了膛口流场二维轴对称数值仿真模型。以300mm平衡炮为例,研究了1.72km/s,794m/s两种速度下的膛口流场特性。计算结果对比表明:1.72km/s初速的弹丸膛口流场与794m/s初速弹丸膛口流场结构相似,但其射流结构更加明显,流场结构整体略呈"狭长"状,火药燃气速度达到2.5km/s,但不能追赶并包围弹丸,弹丸速度达到Ma=4.03,1.0ms时基本摆脱了流场对其运动的影响。而常规初速弹丸流场结构呈"圆球"状,火药燃气对弹丸的影响较大,作用时间大于超高速发射情况,速度达到Ma=1.27,1.5ms时基本摆脱了流场对其运动的影响。

膛口初始流场对火药燃气射流的影响

身管武器发射弹丸时,初始流场对随后火药燃气射流的发展及弹丸的运动有较大的影响。为了分析初始流场对燃气射流结构以及弹丸运动的影响,基于有限体积法,采用分块网格划分的整体运动方法及Realizable k-ε湍流模型,耦合内弹道过程及六自由度方程,建立了含有初始流场和不含初始流场的两种二维轴对称膛口流场数值模拟模型。以300 mm平衡炮为例,研究了1730 m·s^(-1)发射速度下的膛口流场特性。结果表明,无初始流场时,火药燃气波阵面近似为球形,火药燃气无法追赶上弹丸。而在初始流场的干扰下,膛口喷射出的燃气速度提高约200 m·s^(-1),燃气追赶并包围弹丸,流场中最大压力降低一倍,温度提高1000 K以上,弹底压力降低约1.3 MPa。

高超声速弹丸炮口压力对燃气射流的影响研究

弹丸出膛后会在火药气体的作用下继续加速向前运动,弹丸增速情况对其外弹道飞行及精确打击有着重要的影响。为了研究高超声速弹丸炮口压力对燃气射流及弹丸运动的影响,本文采用分块网格划分的整体运动方法,耦合内弹道过程,对4种初速相同但炮口压力不同的二维轴对称膛口流场进行了数值模拟。基于300mm口径的平衡炮,改变装药量及药室结构,保证弹丸1730m/s的超高初速,分析后效期过程炮口压力对弹丸速度和燃气流场的影响。数值结果表明,炮口压力越大,火药燃气速度越高,追赶并作用于弹身的时间越长,弹底压力越大。燃气流场中压力和温度均增加,且越靠近膛口附近增长率越大。