装填参数对水下新型气幕式发射内弹道性能的影响

为降低水下全淹没发射过程中射弹的附加质量,提高射弹初速,基于水下气幕式发射原理,提出了一种气幕的新型形成方式,即通过在发射管内壁开设沟槽,引导射弹后的火药燃气在发射管内汇聚形成气幕;建立了气幕式发射流体动力学模型,对该气幕形成方式下的发射过程进行了数值模拟,分析了装填参数对发射内弹道性能的影响。结果表明,与全淹没式发射相比,气幕式发射可将最大膛压降低89.4%,射弹初速提高53.3%;推进用包覆火药的包覆层燃速指数从0.75增大到0.78时,气幕排水时间缩短,弹丸启动时管内燃气体积分数大幅降低,弹丸初速降低,但内弹道全过程大幅缩短,发射频率提高;包覆层厚度的微小变化对内弹道性能影响较小。

直沟槽与螺旋沟槽排水结构对水下炮气幕演化特性的影响分析

为了降低水下炮的发射阻力,基于气幕式发射原理设计了一种带螺旋沟槽结构的新型火炮身管,通过身管内壁上开设的4条螺旋沟槽实现水下炮低阻高速发射。建立了水下炮气幕式发射排水过程的非稳态三维两相流模型,并验证了模型的合理性,在此基础上,开展螺旋沟槽结构排水过程的数值模拟,并对比分析了直沟槽和螺旋沟槽结构对气幕排水的影响。结果表明:在扩展初期,4股燃气射流沿螺旋沟槽结构进行周向旋转和径向快速扩展;随后射流间相互干涉,逐渐汇聚;最后,4股射流形成柱状气幕,开始协同排水。气幕形成过程中,螺旋沟槽结构对射流头部扩展速度有较为复杂的影响,射流头部速度先骤减随后波动下降;柱状气幕形成后,气幕头部速度呈非线性缓慢上升。气幕头部扩展到管口时,螺旋沟槽身管的含气率相比直沟槽身管提升了9.3%,特别是弹前400 mm范围内的含气率达到100%。

圆管沟槽结构参数对气幕形成和排水特性的影响

为提高全淹没式水下火炮弹丸的发射初速,基于气幕式发射原理提出了一种气幕的新型形成方式,即通过在身管内壁开设沟槽来引导部分弹后火药燃气向弹前流动形成气幕,进行实时排水。为此建立了充液圆管内多股燃气射流排水过程的三维非稳态两相流模型,并在喷射压力10MPa恒压下进行了数值模拟。结果表明:燃气射流进入充液圆管后产生周向和径向扩展,在周向率先汇聚后开始径向汇聚,最终在管内形成柱状气幕。在射流扩展过程中,Taylor空腔内重复着在弹头斜面产生涡旋、随后涡旋尺度增大并向下游移动、产生新涡旋的过程。随着沟槽宽高比由0.71增大到1.60时,弹头表面静压增大了14.02%,射流轴向扩展速度和气幕排水速率呈非单调变化,并在宽高比1.00时达到最大。而在相同条件下增大喷射面积,虽然射流轴向扩展速度和气幕排水速率提高,但消耗的燃气增多,弹头表面静压也增大,不利于弹丸速度提高。