锥膛炮内弹道建模与仿真计算

为了解决锥膛炮内弹道的建模仿真问题,在经典内弹道理论基础上引入了有限元分析方法和修正次要功系数方法。根据锥膛炮炮膛和弹丸的结构特点,将锥膛炮的内弹道过程分为第一直膛时期、锥膛时期和第二直膛时期。在运用LS-DYNA软件对锥膛时期弹丸裙环变形进行有限元分析的同时,结合MATLAB软件对其内弹道进行了建模仿真,得出了该锥膛炮内弹道时期膛压—时间曲线、速度—时间曲线。通过与全直膛炮的内弹道计算结果和试验结果比较,证明了所给方法的可行性。     

内弹道对自动步枪枪管瞬态温场影响计算分析

为了探究在2种不同的内弹道条件下自动步枪连发射击过程中枪管温度场的差异,建立了普通自动步枪身管三维传热模型,通过试验验证了模型的正确性。进行了瞬态温度场仿真计算,得到了“膛压缓和上升内弹道方案”和“膛压快速上升内弹道方案”2种内弹道条件下30发和150发连续射击后枪管温度场与位移场的空间分布及演化情况。计算结果表明:“膛压缓和上升内弹道方案”与“膛压快速上升内弹道方案”相比,瞬态温度和位移上升速率更大。第一个方案除枪管尾部区域略低外,其他大部分区域瞬态温度分布较高,且温度引起位移变形也变大。2种方案的差异在膛口处达到最大值。瞬时高温对内壁产生烧蚀作用,这对枪管寿命和冷热偏不利。因此自动步枪内弹道调整为膛压快速上升内弹道方案对步枪性能提升更有利。     

基于全膛烧蚀磨损特征的火炮内弹道仿真研究

为提高烧蚀火炮内弹道仿真精度,在文献\[1\]火炮烧蚀内弹道理论基础上,保持火药几何燃烧定律、火药燃速定律和体现起始部膛线烧蚀的弹丸起动压力方程不变,通过对变炮膛截面积、变药室容积、弹后烧蚀容积增量等全膛烧蚀磨损特征的分析和计算,建立体现全膛烧蚀的弹丸运动方程和内弹道基本方程,从而建立烧蚀磨损内弹道模型。借鉴经典内弹道诸元解算方法,导出烧蚀磨损内弹道模型解算方法。以某火炮试验数据为例进行仿真烧蚀磨损内弹道计算,仿真结果表明：初速仿真值与试验值误差为0.9%,能够满足火炮工程实践3%的仿真误差要求;仿真精度优于文献\[1\]的火炮烧蚀内弹道方法,证明了所建立的烧蚀磨损内弹道模型和诸元解算方法是正确的,可用于烧蚀磨损火炮身管寿命预测。     

基于平衡抛射原理的火箭筒内弹道仿真研究

针对采用平衡抛射原理的火箭筒内弹道仿真问题,详细论述了该火箭筒的工作原理和过程,对其内弹道时期进行分析与划分,提出了合理的假设条件,运用经典内弹道理论建立了内弹道模型,使用MATLAB语言编写内弹道程序并进行仿真计算,得出内弹道相关曲线。通过线圈测速法和铜柱测压法测得火箭弹出筒口的速度和筒内最大膛压。仿真结果与试验测得数据做对比分析,与试验数据基本吻合,说明所建模型和假设条件正确合理,为平衡抛射原理的应用推广提供理论指导。     

内膛损伤枪管膛口扰动参数研究

为分析枪管内膛损伤导致射击精度下降、椭圆弹孔率上升进而导致枪管寿终的问题,基于系统的某12.7 mm机枪枪管寿命试验,建立无损伤枪管、寿命中前期枪管、寿命中期枪管及寿终枪管4个寿命阶段枪管内弹道过程的弹枪热力耦合模型。采用均匀设计方法安排弹药随机因素影响下的弹头内弹道过程仿真实验,获得不同内膛损伤程度的枪管膛口扰动状态随弹药参数变化的响应值,仿真计算结果与试验数据吻合较好。利用基于3次B样 条曲线的偏最小二乘回归建模方法对传统均匀设计响应面法进行改进,获得以弹药参数为自变量的弹头膛口扰动响应面方程及枪管在不同寿命阶段时弹药随机因素对弹头出膛时初始扰动状态的影响规律。仿真实验及数据分析结果表明：各弹药参数对不同寿命阶段的枪管膛口扰动量贡献度均不相同;为降低寿命末期枪管的弹头膛口扰动,应尽量减少弹头的质量偏心,在合理范围内适当减少弹头壳初始屈服应力,并取适中的弹头壳圆柱部直径和装药量。     

变威力发射内弹道数值模拟

利用弹丸在膛内运动时排出部分火药气体以减小膛压是实现变威力发射的有效途径,在反恐防暴领域具有重要意义。根据经典内弹道理论及气体动力学原理,建立了变威力发射过程的内弹道数学模型,利用该模型编制计算程序对某防暴枪变威力发射内弹道过程进行了数值仿真,并研究了泄气孔位置、面积及气室容积等参数对初速、膛压的影响规律,数值仿真结果与试验结果有较好的一致性,验证了所建模型的正确性与可靠性,研究结果对变威力武器研制具有重要的指导意义。     

某制导炮弹二维两相流内弹道性能分析与数值模拟研究

为了研究某制导炮弹二维两相流内弹道性能,简化两相流多维数值模拟中弹底运动边界处理的复杂性,提高运动边界处的计算精度,建立了基于任意拉格朗日欧拉方法的某制导炮弹内弹道二维气-固两相流模型,空间上采用具有TVD特性的高阶MUSCL类型的有限体积法对方程进行离散,时间方向采用4阶Runge-Kutta方法进行时间推进。通过拥有解析解的数值验证算例,验证了数值格式以及动网格生成方法的准确性。对某大口径制导炮弹内弹道膛内循环过程进行二维两相流数值仿真。模拟结果准确地反映了整个内弹道循环膛内两相流动特性及其发展过程,并与实验结果有较好的一致性。同时分析了不同点火因素对该制导炮弹内弹道性能的影响,为后续深入优化该制导炮弹内弹道性能及发射安全性提供了理论基础。     

内膛损伤枪管对内弹道性能和弹头出膛状态的影响研究

为研究大口径机枪内弹道性能和弹头出膛状态受内膛损伤的影响规律,探究内膛损伤导致枪管寿终的关键因素,对某12.7 mm重机枪进行了系统的寿命试验。分析获得了该枪枪管内膛损伤的主要形式及其随射弹数增加在枪管轴向的分布及演化规律,在此基础上建立了精确的不同寿命阶段内膛损伤枪管的弹-枪热力耦合有限元模型。采用Fortran子程序实现了内弹道过程与显式有限元方法的迭代数值求解,获得了12.7 mm弹头内弹道性能及出膛状态等随内膛损伤发展的变化规律,将数值模拟结果与寿命试验数据进行对比验证了弹-枪耦合模型的准确性。仿真结果表明:弹头出膛时的扰动量、转速的下降量以及表面形貌的改变量等随枪管射弹数增加而增加,在身管寿命后期表现尤为明显;弹头出膛状态的改变是导致该枪枪管寿终的主要原因。研究结果对进一步分析内膛损伤引起的弹头外弹道性能退化行为,实现从内到外完整地分析枪管寿终机理具有重要意义。     

考虑火炮身管后坐的内弹道两相流数值仿真方法

为准确计算火炮内弹道两相流动力学各参量以及膛内弹丸的运动规律,提出一种内弹道两相流动力学与 火炮发射动力学耦合计算的仿真方法。对经典内弹道、不考虑后坐运动的内弹道两相流以及耦合计算得到的内弹道 参量变化规律进行分析,耦合计算得到的膛压及初速与实验值吻合良好。分析基于经典内弹道理论和耦合算法得到 的弹丸运动规律,耦合算法能够得到反映膛内弹丸实际运动变化规律的结果,表明该方法可为内弹道和发射动力学 准确计算提供参考。     

改性单基发射药内弹道模型

为研究改性单基发射药装药的内弹道特性,基于经典内弹道理论,建立了能够表征改性单基发射药燃烧特征的双气源项内弹道模型,制备了样品并进行了30mm火炮的内弹道试验验证.计算结果与试验结果相符合.通过模型计算,深入讨论了浸渍剂含量及分布、浸渍深度等因素对内弹道性能的影响.当浸渍含量分布函数为右抛物线类型时比左抛物线类型最大膛压降低了3MPa,初速提高了10m/s,实现了在较低最大膛压下更高初速的期望;浸渍深度在计算中出现临界值,当浸渍深度大于外层厚度的0.6倍时,能够得到初速增加而最大膛压不增加的内弹道效果.     

某多级杆式空气发射系统内弹道仿真与试验研究

为了满足某多级杆式空气发射系统的研制需要,建立了多空气瓶动力源时序开阀供气的多级杆发射系统的内弹道仿真模型,设计了模型正确性验证试验方案,开展了该系统的内弹道仿真与试验研究.描述了多级杆式空气发射系统的设计原理,根据该发射系统的工作原理,借鉴经典枪炮零维内弹道模型,建立了该空气发射系统弹射过程的内弹道模型,进行了通用工...     

新型活塞式中心抛撒机构的内弹道仿真研究

为了保证子弹在低过载抛撒环境下能得到较高的子弹抛撒速度,设计了一种新型的活塞式中心抛撒机构,对这种抛撒机构的工作过程进行了研究。这种新型活塞式中心抛撒机构通过带有斜面的弹托来传递活塞对子弹的推力,高压室燃烧低压室做功等方式,降低了初始的推力峰值,实现抛撒过程的低过载。根据此种抛撒机构的工作原理,对活塞、弹托及子弹等进行受力分析,建立了此种抛撒机构的内弹道模型,采用此模型对其内弹道性能进行仿真研究。计算得出,该种新型抛撒机构能提供大于50m/s的抛撒速度并将子弹过载控制在1000g以下。所建立的内弹道模型对此种新型活塞中心抛撒机构的设计具有参考意义。     

二级轻气炮内弹道过程数学建模及数值仿真

根据二级轻气炮的发射特点,采用经典内弹道模型描述药室里火药燃烧状况和活塞运动,同时采用一维非定常可压缩流动模型描述轻气室里的气体流动状态和弹丸运动,并通过活塞的运动状态将两者耦合,从而建立起二级轻气炮发射过程的内弹道数学模型;以某30 mm／120 mm轻气炮为基本计算模型,运用四阶Runge-Kutta法求解药室方程,运用二阶MacCormack格式求解轻气室方程,通过两部分的交替计算,实现二级轻气炮内弹道过程的数值仿真,为二级轻气炮的参数设计和发射性能的提高提供了理论依据。     

双药室小孔延时点火内弹道建模与试验研究

为了使某种能够提供毫秒级以下时间间隔的小孔延时装置能够准确地调节某型双药室发射机构的内弹道性能,对这种双药室小孔延时点火技术进行了研究.描述了小孔延时点火装置的结构设计方案,根据双药室小孔延时点火装置的工作原理,建立了相应的内弹道模型并进行了计算.开展了某型双药室发射机构的内弹道试验,测量了两个药室的压力变化情况,讨论...     

金属风暴武器耦合内弹道选药试验分析

介绍了用平均膛压、弹底压力和膛底压力描述的金属风暴耦合内弹道方程、耦合内弹道次要功系数,以及用绝热方程描述的火药气体后效期。分别在同装药量和优化装药结构条件下,计算典型耦合内弹道参数,并解释其物理现象。证明斯鲁哈斯基公式不适用于耦合内弹道选药计算,需要利用耦合内弹道程序修正药量。     

某小口径变燃速密实装药火炮内弹道两相流模型仿真分析

利用现代内弹道理论,建立了某小口径变燃速密实装药火炮内弹道两相流体力学模型,并进行了数值仿真分析。结果表明：变燃速密实装药能在控制膛压的情况下,有效提高弹丸初速;火药颗粒钝感层厚度和底火药量对弹道性能影响较大;压力波状况的模拟可用于火炮发射安全性分析。     

底排装置工作不一致性对射程散布影响的研究

底部排气弹与传统制式弹相比的主要特点是射程远但散布大。影响其射程散布的重要因素之一就是底排装置工作的不一致性。通过建立底部排气弹底排装置内弹道和外弹道计算模型,基于独立随机假设理论,采用数值模拟方法,计算分析了由于点火具点火延迟时间、底排装置工作时间和底排药剂部分脱落造成质量偏差的不一致性对射程散布的影响。得到了平均单位点火延迟时间、底排装置工作时间和质量偏差引起的射程改变量。对于单位点火延迟时间引起的射程改变量630m与试验结果667m吻合较好,故在此基础上的计算模拟结果具有一定的工程应用参考价值。     

高低压室发射弹丸内弹道仿真与试验研究

为了研究高低压室发射弹丸过程中内弹道的参数设计问题,采用经典内弹道理论,结合高低压室发射特点,建立了高低压室发射弹丸内弹道仿真计算模型,设计了一种高低压室发射系统试验装置,对不同喷口大小情况下的高低压室发射弹丸内弹道进行了试验研究,将仿真计算结果与试验结果进行了对比分析,验证了仿真计算模型的合理性。应用该仿真模型分析了高低压室内弹道工程设计中的发射药弧厚、破孔压力、弹丸启动拉力等因素对内弹道性能的影响。研究表明:高压室喷口大小对高压室压力和弹丸初速影响较大,减小喷口半径在一定程度上可以降低火药的能量损失; 发射药弧厚对高低压室内弹道性能影响较大,随着弧厚的增加,高低压室压力降低,弹丸出炮口速度降低; 破孔压力对高低压室内弹道性能影响较小,但应满足高压室内发射药的点火压力要求; 弹丸启动拉力主要影响低压室内压力和弹丸初速,与高压室的压力基本无关。研究结果可为高低压室内弹道结构设计和装药设计提供参考。