基于多物理场耦合的某型防暴喷射管喷射过程数值模拟

采用多物理场耦合的方法,对某型防暴喷射管射流高压气体膨胀、活塞推动以及射流喷射3个物理过程分别建立数值模型,基于Comsol Multiphysics平台进行耦合计算。结果表明:在初始压力为10 MPa的条件下,活塞在0.31 ms内速度达到最大值8.81 m/s,在18.47 m/s运动到喷嘴处,速度约为2.02 m/s;在活塞推动下管内战剂压力以弹性波的形式向喷嘴传播,其最大值约9.12 MPa;战剂在喷嘴处加速,经过长圆柱段的整形加速从喷口喷出,最大出口速度为70 m/s;管外射流可分为伞状结构阶段、水团形成并破碎阶段和射流继续发展阶段,空气摩擦阻力是射流破碎的主要因素。所建立的数值模型能为下一步火药选型、喷射管和喷嘴结构优化等提供借鉴。

喷嘴结构对某防暴喷射管内流场影响的数值模拟

为深入分析喷嘴结构对某防暴喷射管内流场的影响,采用动网格技术对其冲击挤压过程进行了大涡模拟。结果表明:管内流动能量损失主要是由喷嘴结构突变和压强差引起的涡流损失;锥直形喷嘴收缩角越小,涡流损失越小,出口平均速度越快,能量利用率越高;在喷嘴总长度和入口收缩段长度不变的条件下,等变速喷嘴能量损耗最低,速度和压强分布最均匀、出口平均速度最高,性能最优。所得结论对喷嘴结构优化具有一定的指导意义。

某防暴喷射管管内流场数值模拟

采用流固耦合的方法,基于COMSOL仿真平台对某防暴喷射管内部流场进行了数值模拟,分析了发射管结构和气室初始压强对管内冲击挤压流动过程的影响。结果表明:在气室初始压强为20MPa,战剂容量为10ml的情况下,发射管内径越小,管流阻力越小,活塞运动时间越短,战剂出口速度越小,能量利用率越高;增大气室初始压强能缩短管内流动时间,加快出口速度;锥直形喷嘴结构的突变造成了战剂压强和速度的波动。研究结果可为喷射管的优化设计提供理论依据。