AP/HTPB底排药柱点火试验研究

采用点火瞬时性模拟试验装置和旋转中止燃烧试验装置实验研究了点火药为ZrH2 +PbO2 的GC -4 5点火具和点火药为Mg +PTFE的改进型点火具对AP/HTPB底排药柱的点火。实验结果表明 ,前者存在点火延滞期长、燃烧侵蚀现象严重 ,以致造成射弹射程和密集度下降 ,因此建议采用以Mg

底排药的高应变率动态响应实验和仿真

利用直径14.5 mm铝制霍普金森压杆(SHPB),对直径为10 mm的底排药柱试样进行应变率在103s-1量级的单轴压缩试验。实验结果表明底排药具有明显的应变率效应。利用朱王唐粘弹性本构关系,采用最小二乘法,依据实验数据拟合出朱王唐本构材料参数,并利用LS-DYNA软件的二次开发功能将拟合出的朱王唐粘弹性本构嵌入LS-DYNA软件中,进行SHPB的数值仿真模拟,与实验对比表明在应变小于0.03弹性范围内仿真模型能够很好地描述底排药高应变率力学特性。

底排药柱点火燃烧特性研究

论文运用试验方法对底排药柱点火可靠性、点火烧蚀性及燃烧速度进行试验研究及计算分析,摸清了底排点火燃烧机理,为底排弹的内弹道计算与工程设计提供参考。

一种两相流点火模型及数值模拟

底排点火具对底排药剂点火的不一致性是引起底部排气弹射程散布的重要因素之一。为了研究导致点火不一致性的因素和揭示点火机理,分析了某155 mm底部排气弹出膛口后点火具对底排药柱二次点火的过程和特点。基于气体—颗粒两相射流理论,提出了一种两相流强化点火模型。该模型综合考虑了纯燃气与两相射流耦合过程,以及固体—气体或液体—气体两相流对固体底排药的热辐射、热对流和热传导复合传热机制。针对底排装置出膛口后的二次点火过程进行了数值模拟,计算得到了底排药剂软化时间和点火延迟时间,数值模拟结果与实验结果基本吻合。该模型对固体火药类似点火过程具有普适性。

实际发射工况下底排药柱结构完整性的模拟计算

采用线黏弹性本构模型描述底排药柱的力学性能,利用ABAQUS建立了实际发射工况下底排装置的物理模型,分析了底排药柱整体及不同截面不同位置点的应力形变规律。结果表明,底排药柱的危险应力点位于分瓣缝隙根部和药瓣中部,上端面是危险截面;适当增大底排药柱内腔孔径尺寸,能使危险点应力值、分瓣缝隙宽度增大值均减小10%以上,内腔下端孔径缩小程度减弱。在模拟分析的基础上,提出了增大底排药柱内腔孔径尺寸以减弱其结构过度形变的方法。发射试验结果表明,该方法可显著改善底排药柱的结构完整性,使底排药柱的燃烧及其排放规律趋于稳定,复合增程弹(HERP)的射程及密集度得到了保障。

提高底排减阻增程率的途径

计论了加质和加能对底排减阻和增程率的影响，指出提高底排燃气温度是增加减阻增程率的重要途径．

HTPB复合底排药损伤本构模型研究

为研究HTPB复合底排药(Composite Base Bleed Grain,CBBG)力学性能,进行了室温(28℃)下准静态单轴压缩和拉伸实验。基于对HTPB CBBG有限变形过程的非线性力学响应分析,建立了五元件黏弹-黏塑-损伤本构模型。模型预测结果表明,所建模型能够准确描述HTPB CBBG压缩和拉伸力学性能。获得的损伤演化律表明,达到屈服应变εy后,累积损伤值D和损伤因子f随应变ε近似线性增长,应变率ε降低4个量级,压应变为-0.62时、拉应变为0.24时的损伤程度分别增加了10.64倍和22.28倍,拉应力引起的材料损伤较压应力严重。结合所建模型编写了用户子程序VUMAT,利用ABAQUS/Explicit模拟了单轴拉伸实验。计算结果表明,应力应变曲线数值解与实验结果吻合良好,验证了VUMAT的正确性。

HTPB复合底排药压缩屈服应力模型研究

目前广泛应用于底排增程技术的HTPB复合底排药(composite base bleed grain,CBBG)是一种颗粒填充含能材料,战场环境中将承受冲击、温度等载荷作用.为研究HTPB CBBG冲击压缩力学性能,进行了不同温度(233~323K)和应变率(1100~7900s-1)下的分离式霍普金森压杆实验.实验结果表明,各工况下,应力应变曲线均呈现屈服-应变硬化特征,HTPB CBBG保持高韧性.提高应变率和降低温度均导致相同应变下的应力幅值上升,但温度较应变率对HTPB CBBG冲击压缩力学性能的影响更为显著.基于所研究温度范围高于HTPB CBBG玻璃化转变温度,通过将水平、垂直移位因子与温度的关系表示为WLF方程的形式,将时温等效原理引入协同模型,并计及内应力的应变率增强效应,提出了一种新的屈服应力模型.选取参考温度,利用水平、垂直移位因子-温度曲线和屈服应力主曲线拟合模型参数.模型预测值与实验数据对比结果表明:该模型可准确表征233~323K时HTPB CBBG屈服应力的双线性应变率相关性,明确了较低和较高应变率时,应变率效应分别主要由内应力和驱动力贡献.

点火具点火射流蚀剥作用对底排药柱燃烧特性的影响

为了研究底排点火具射流蚀剥作用对底排药柱碎块脱落情况及其燃烧性能的影响,采用半密闭爆发器实验装置模拟底排弹出膛口瞬态卸压工况,借助高速录像记录点火具点火与底排药柱燃烧的序列图像。建立底排药柱在半密闭爆发器燃烧的数学模型,计算分析了不同碎块脱落质量引起的平均压力、质量流率和燃烧时间的变化情况。研究结果表明:蚀剥作用发生在点火具点火初期,导致脱落的底排药剂碎块来不及燃烧;蚀剥作用主要是强点火射流对底排药柱侵蚀与冲击造成的;碎块总量约占底排药柱初始质量的7%～9%,严重影响点火和燃烧的一致性。计算结果与实验值吻合较好。

镁合金可燃内衬对底排药柱动态形变及燃烧稳定性的影响研究

为了解决复合底排药剂在发射过程中出现的药柱破碎、燃烧失稳等问题,提出了在底排药柱内腔直接加装一种具有短暂性结构保护和辅助燃烧作用的镁合金可燃内衬的防护、助燃措施。利用ABAQUS软件建立了底排药柱在极端工况条件下有、无可燃内衬时的发射过程有限元仿真分析模型,并进行了动态射击对比验证试验。仿真分析表明:可燃内衬能够有效防止底排药柱过度变形。动态射击对比验证试验结果表明:加装可燃内衬后,弹丸平均初速提高4.97 m/s;同时,底排药柱点火燃烧的一致性和稳定性均有所提高。

底排药柱初温对射程的影响

本文从理论和实验上证实了底排药柱初温对射程有较大影响 ,它将产生较大的射击偏差 ,降低射击命中率。为了提高射击命中率 ,在射表中要增加对底排药柱初温的修正项 ;

某复合增程弹底排船尾碎裂原因探析及对策

为探寻某复合增程弹底排船尾碎裂的原因,对回收弹体、底排船尾残骸及同批次弹体和回收的底排船尾的力学特性进行检测,复查试验用弹体和底排船尾的力学特性参数。对发射时底排药柱的受力情况进行分析,并建立药柱强度的计算方法。结果表明,底排船尾碎裂是由于底排药柱与船尾之间存在空隙,发射时出现受力不均而导致强度不足所致;通过填充柔性体可以解决。

基于热力学的HTPB/AP复合底排药损伤本构模型及损伤差异分析

为研究HTPB/AP复合底排药(CBBG)单轴拉伸力学性能,进行了准静态(233~301K,8.3×10^(-5)~8.3×10^(-1) s^(-1))和冲击(233~323K,1 200~8 000s^(-1))加载实验。实验结果表明,各工况下的真应力应变曲线均有明显的屈服点,初始模量、屈服应力及后屈服阶段形态均呈现显著的温度和应变率相关性。在不可逆热力学框架内,推导了热力学力表达式和内变量演化法则,结合初始模量和屈服应力模型,建立了黏弹-黏塑-损伤本构模型。根据HTPB/AP CBBG宽泛温度和应变率实验数据,利用一维形式的本构模型进行了参数辨识和模型验证。结果表明,该模型能较准确描述黏弹性阶段和后屈服阶段。不同工况下的损伤演化律表明,冲击加载和低温均有利于损伤扩展。