现代火炮内弹道面临的问题与对策

从现代火炮及弹药技术的发展趋势,分析了火炮内弹道面临的问题,阐述了火炮内弹道理论与技术的发展方向,集中体现在三个方面,一是提高常规固体发射药火炮的作战效能;二是发展与制导弹药等特种弹药发射方式相适应的内弹道理论与控制技术;三是研究新能源火炮的内弹道理论与控制技术。在此基础上,结合国内外研究状况,对若干重点问题进行了述评,并提出了研究对策。

RLPG点火过程中贮液室压力振荡分析

建立了 2 3 mm RLPG点火过程分析模型 ,研究了贮液室产生压力振荡的主要原因 .分析了 RLPG在点火过程中贮液室液体压力振荡现象 ,此期间压力振荡频率相对较低 ,危害较大 .分析模型考虑了高压下液体可压缩性 ,模拟计算结果表明 ,液体可压缩性是此期间压力振荡的主要原因 .经过改进 RLPG结构 ,采用合理措施 。

边界形状对气液相互作用过程的影响

为了控制整装式液体发射药火炮燃烧稳定性,针对渐扩形和矩形药室结构,利用高速摄影方法,观察了气体射流在液体中的扩展过程,获得了泰勒空腔的扩展速度.在实验基础上,建立了含能气体射流在液体工质中扩展的二维模型,利用FLUENT软件对非稳态气体射流与液体工质相互作用的过程进行了模拟,获得了气体射流场等温线、等压线和等密度线分布图,分析了边界形状对射流扩展特性的影响.数值模拟结果表明,对于渐扩形边界,气体射流扩展到台阶处有旋涡出现;在相同条件下,矩形边界与渐扩边界相比,气体射流轴向扩展速度大,而径向扩展速度小.计算结果与实验结果吻合较好.

再生式液体炮压力振荡研究

压力振荡抑制技术是再生式液体发射药火炮 (RLPG )的关键技术之一 .在2 3mmRLPG试验装置上 ,研究了点火、喷雾质量对RLPG压力振荡强弱的影响 .观测到RLPG压力振荡的主要激励机制 ,是再生喷射系统的机械振动与燃烧不稳定性引起的压力波动及声腔振荡的耦合效应 .提出采用弹性减振、吸振以及改变燃烧室形状的方法来抑制压力振荡的幅值 .实验结果表明 。

含能气体射流在液体工质中扩展的两维模型及数值模拟

为了研究整装式液体发射药火炮燃烧稳定性的控制方法,针对渐扩型药室结构,建立了含能气体射流在液体工质中扩展的两维模型,应用FLUENT应用软件对非稳态气体射流与液体工质相互作用的过程进行了模拟。探讨了渐扩型结构尺寸、喷气压力和喷口直径参数变化对射流扩展形态的影响,获得了射流场等温线、等压线和等密度线图。结果表明:当渐扩尺寸比为0.8、喷气压力大于30MPa、喷孔直径大于2mm时,气体射流发展不稳定,气液湍流掺混强烈。模拟出的射流轴向扩展速度和实验结果基本吻合。

液体发射药迫击炮内弹道燃烧稳定性

为研究液体发射药迫击炮内弹道特性,搭建60 mm液体发射药迫击炮瞬态测试系统,对其燃烧室压力变化与迫击炮弹初速进行测试。在试验基础上,基于非定常欧拉-拉格朗日模型和液体发射药蒸发-燃烧模型建立带燃烧反应的液体发射药迫击炮两相流计算模型,对内弹道过程中的反应流场进行模拟,分析复杂气相流场与液体发射药喷射燃烧间的耦合关系及压力振荡形成机理。结果表明:60 mm液体发射药迫击炮燃烧稳定性好,具有工程化潜力;数值模拟与试验结果吻合度较高,且可以复现压力振荡现象,计算模型具有合理性;液体发射药的喷射与燃烧均受燃烧室内气涡的影响;反射波引发的液体发射药集中燃烧使压力表现为一种振荡发展。

应用脉冲X光成像技术对高速射流的实验研究

以再生式液体发射药火炮（ＲＬＰＧ）的液体药喷射为工程应用背景，研究了利用脉冲Ｘ射线成像分析液体发射药拟射流的实验方法，提供了一种相应测定射流喷射雾化形态和内部结构的测试系统，得到了多种喷口结构所形成的高压射流在喷射过程中的多幅连续Ｘ光照片，为相对准确分析射流雾化原理提供了实验依据．该测试系统较好地解决了高压密封问题，可以研究不同喷射压力、不同反压及多种喷嘴结构，对射流雾化形态的影响，并对阴影照相与Ｘ光成像两种技术进行了比较．

再生式液体火炮经典内弹道模型

再生式液体火炮的内弹道循环中存在液体燃料喷射、破碎和雾化过程,这给内弹道问题带来极大的复杂性。本文用经验关系给出雾化后的液滴直径及其燃烧规律,根据绝热压缩建立液相的状态方程,喷射过程采用非稳态的伯努里方程。在某些假设条件下建立起一组封闭的内弹道方程系。用美国120mm再生式液体火炮的参数进行数值求解,获得稳定的计算结果。

液体射流破碎机理及其在再生式液体发射药火炮中的应用

本文对液体射流各种破碎机理进行了讨论.对于再生式液体发射药火炮.假设液流破碎主要是由于环境气体和液流间的气动力作用引起的.根据扰动产生液流不稳定理论,确定出相应液滴形成的最大波长值以及从射流表面形成液滴的质量速率.并对120 mm再生式液体发射药坦克炮内弹道循环初期,进行了雾化计算.根据给出的近似液面燃速公式,估计再生式液体发射药火炮内弹道循环初期液体雾化所占比重,对再生式液体发射药火炮进行了液体燃料初期堆积的预测.

RLPG点火及冷态喷射过程研究

报道了再生式液体发射药火炮 (RLPG)点火及模拟工质冷态喷射过程的实验结果 ,定量测试了燃烧室、贮液室压力曲线。实验表明 ,采用液体阻尼可以有效减弱点火过程中的压力振荡。针对点火喷射过程建立了数学物理模型 ,并进行了相应数值模拟 ,计算值和实验数据吻合较好。

带有增压室的RLPG零维内弹道模型

为了在喷孔面积为常数的条件下提高膛压曲线充满度,提出了一种带有增压室的再生式液体发射药火炮结构方案,建立了考虑固体点火药的零维内弹道模型.利用某迫击炮的结构参数和装填条件,采用龙格-库塔法进行了数值模拟,分析了内弹道性能.在一定结构参数条件下的计算结果显示:贮液室和增压室的压力在液体药喷射过程中一直增加,且明显高于燃烧室压力;燃烧室压力出现近似的平台效应.模拟结果表明,设置增压室可在喷孔面积为常数的条件下提高膛压曲线充满度.

单元推进剂液滴在高温高压下的微爆现象观测

利用挂滴装置和高速摄影系统研究了单元推进剂LP184 6液滴在 0 2～ 4 0MPa、673～973K工况下的微爆特性。观察到液滴在不同环境压力和温度下的 3种微爆模式 ,即液滴在着火前的轻度破碎、液滴在燃烧时的部分破碎和全部爆碎 ,并给出了微爆过程的特征照片 ,定量测试了液滴微爆延迟期、微爆温度和微爆直径与环境压力、温度的关系。初步分析了液滴微爆机理 ,认为第一种微爆机理主要是水组分的过热 ,第二、三种微爆机理是液相化学反应。研究结果对控制LP184 6燃烧稳定性和指导液体发射药火炮内弹道设计均有参考价值。

高速环形射流破碎雾化特性及动态喷雾模拟

在再生式液体发射药火炮(RLPG)中,液体射流破碎雾化过程影响到射流结构、液滴尺寸和速度分布等特性,是影响RLPG喷雾燃烧过程的关键因素之一.根据表面波破碎理论建立了RLPG环形喷孔高速液体薄膜破碎模型,并考虑了液滴的二次雾化过程.计算了液膜的破碎过程,计算结果表明,环形射流向喷嘴下游运动过程中内部空腔不断收缩,最终聚并成与圆柱形类似的射流向前运动,喷雾场前缘多为大颗粒液滴;在轴向某一固定位置,平均直径随时间逐渐减小并趋于一稳态值;在空间上平均直径随轴向距离的增加先减小后增大呈凹谷型分布.该模型的建立进一步完善了基于环形喷嘴的RLPG内弹道多维多相流数学模型.

再生式液体发射药火炮燃烧室压力高频振荡研究

利用小波分析技术提取燃烧室压力高频成分,较精确确定压力高频振荡出现的时域范围,从而确定了振荡流共振振型对应的燃烧室形状。推导了燃气振荡流方程,计算了对应不同燃烧室形状下燃气振荡流的共振频率。对提取的燃烧室压力高频成分相对集中部分进行了频谱分析。研究结果表明:活塞的运动对共振频率影响较小,振荡流多阶共振频率受到激励是燃烧室产生压力高频振荡的一个重要原因。

含能液体雾化特性的实验研究

利用喷雾模拟装置和激光全息摄影系统 ,研究含能液体 H Y91 1在 8MPa喷射压力下的雾化特性 ,分析了含能液体喷雾场颗粒分布规律 。

HAN基液体发射药液滴燃烧特性研究

研究LP1846单滴在1－35atm，（440～850） ℃ 环境下蒸发，分解和燃烧的特性。给出液滴从受热到燃尽全过程的时间序列照片。定量测试液滴燃烧的特性参数，实验结果表明，随着压力和温度的提高，液滴的着火延迟期、生存期缩短，微爆特征显著。最后定性分析了一些实验现象。

再生式液体发射药枪设计与弹道计算

介绍了１２．７ｍｍ再生式液体发射药枪的设计，给出了贮液室与燃烧室实测压力曲线，提出了包括活塞运动与液体喷射之间耦合关系及贮液室中液体惯性的内弹道计算模型。

再生式液体发射药火炮燃烧室内两相流模型

为研究再生式液体发射药火炮(RLPG)内弹道过程,建立了RLPG燃烧室内的一维两相流数学模型,气相控制方程为非稳态欧拉方程组,液相控制方程用拉格朗日方程描述,方程组的源项反映了气液两相之间的耦合。分别采用二阶精度的MacCormack预估校正二步差分格式计算气相控制方程,求解析解的方法计算液相控制方程,PSI-Cell方法处理气液之间的耦合过程。通过数值仿真模拟了RLPG喷雾燃烧过程和压力振荡现象,建立了纵向二阶压力振荡振型,得到了主要物理参量的时空分布情况并讨论了主要结构参数对膛内过程的影响。仿真结果显示:由于身管入口的节流作用,使得燃烧室内的燃气压力和速度波动幅度都比身管内的要大;增大活塞差动面积比和喷孔面积都会引起膛压升高,压力振荡幅值增大。

再生式液体发射药火炮贮液室激波模型

在再生式液体发射药火炮喷射后期,贮液室普遍存在高频高幅压力振荡。由于活塞的运动扰动,经过一定时间贮液室中可能形成激波。基于特征线理论推导了特征线经固壁与活塞多次反射后激波形成模型,设计了计算流程图及给出了应用算例。数值计算结果与实验现象基本符合。此模型为预测不同结构再生式液体发射药火炮贮液室中激波的形成打下了坚实的理论基础,对探讨贮液室压力振荡产生机理具有一定理论意义。

23mm再生式液体发射药火炮试验结果的数值模拟

利用经典模型对２３ｍｍ再生式液体发射药火炮的试验结果进行了数值模拟。计算了贮液室、燃烧室压力－时间曲线和炮口速度，理论计算和实验数据吻合较好。