高膛压火炮多点点火数值模拟

某高膛压火炮试验中发现多点点火方案的装药利用率较高，但膛内压力波较大，为了减小膛压内力波，完善多点点火方案，应用两相流内弹道理论对该炮的多点点火过程进行了数值模拟，数值模拟结果与试验结果有较好的一致性，通过数值模拟和分析，指出了减小膛内压力波可采取的措施，以确保高膛压火炮的内弹道性能稳定和装药安全可靠。     

基于CE/SE方法的某大口径火炮模块装药内弹道数值模拟

建立了基于CE/SE方法的模块装药一维两相流内弹道数学模型,并利用该模型对某大口径火炮的发射内弹道过程进行了模拟,获得了膛压、气相速度、空隙率等内弹道参数的时间演化过程和轴向空间分布规律。通过将膛压曲线和内弹道相关参数的模拟结果与试验结果的对比,验证了模块装药一维两相流内弹道数学模型的正确性。利用该模型研究和分析了可燃容器能量以及装药长度等参数对内弹道环境的影响。结果表明,可燃容器能量越大或者装药长度越小,膛内压力波动现象越明显,膛底和坡膛处压力与时间曲线均会产生压力双峰现象,且最大负压差以及膛底、坡膛压力曲线的初峰值随着可燃容器能量的增大或者装药长度的减小而逐渐升高。研究结果对指导大口径火炮装药设计、内弹道环境优化设计具有重要意义。     

序贯装药金属风暴武器内弹道的两相流模型及数值模拟

建立了序贯装药金属风暴武器的轴对称二维两相流内弹道计算模型,数值模拟了不同发射情形下该武器的各发弹的内弹道过程。计算结果表明：采用12.7 mm的序贯装药金属风暴武器发射弹丸时,膛内的二维效应不明显;对于同一装填位置的弹丸,发射频率越高,最大膛压越高,弹丸初速越小。     

激光多点点火二维两相流数值模拟

激光点火技术是一种新型点传火技术,为了研究激光多点点火对膛内压力波动、燃烧稳定性等的影响进行了数值模拟。以某短身管30 mm火炮激光点火过程为研究对象,建立了二维两相流数学物理模型,采用MacCormack两步预估校正差分格式及"运动控制体"运动边界处理方法实现数值计算。数值计算结果与实验有较好的一致性,对激光点火系统设计具有参考意义。     

内弹道两相流三维并行数值模拟

为解决火炮内弹道两相流三维数值模拟的计算工作量大及仿真精度低问题,基于任意拉格朗日-欧拉方法建立火炮内弹道三维两相流模型,采用MPI方法进行了分区并行计算。三维控制方程采用高阶MUSCL格式进行空间离散,时间方向采用4阶龙格-库塔法进行求解。三维数值模拟结果揭示了火炮内弹道两相流动过程的三维发展特性,计算得到的内弹道特征参数与文献［20］ 结果符合较好。分析了不同点火管长度及管径对于内弹道性能的影响,为后续开展多维点火性能的优化研究提供了理论基础。并行数值实验表明,采用24个进程的内弹道三维计算,并行效率可提高50%左右。     

制导炮弹自动驾驶仪分析研究

针对某远程制导炮弹的弹道特性，讨论分析了该制导炮弹的动态特性及其控制系统设计要求，据此进行了适合于该制导炮弹的自动驾驶仪结构分析和设计．所设计的自动驾驶仪克服了弹体飞行中的低阻尼和动态增益变化大的缺点，能满足该制导炮弹动态性能的要求，仿真结果也说明了这一点。     

基于两相流内弹道的火炮炮膛合力计算

炮膛合力计算多是采用只能计算膛内空间平均压力的经典内弹道模型,必然导致计算结果与实际射击过程有较大偏差.针对此问题,提出利用内弹道气动力模型取代经典模型,建立基于准两相流内弹道的炮膛合力计算模型,采用Godunov差分格式对内弹道方程组进行数值求解,得到膛内压力分布规律,进而得到炮膛合力.通过算例结果与理论值对比,验证了该方法的有效性和可靠性,为进一步提高火炮后坐运动建模与分析的准确性奠定了基础.     

身管磨损对内弹道性能的影响

内弹道性能试验结果随身管内膛尺寸的变化而变化.文中应用两相流内弹道理论和计算机仿真技术,提出了一种计算和分析磨损身管内膛变化引起内弹道性能改变量的新方法.计算结果得到了试验验证.     

考虑弹丸动态冲击条件下的内弹道性能研究

研究了弹丸动态冲击对火炮初速、最大膛压等内弹道性能的影响。针对某火炮弹炮配合后弹丸存在较长自由行程的特点,考虑弹丸挤进时的动态冲击效应,建立了挤进阻力计算模型,应用两相流内弹道理论计算了其内弹道性能。进行了该火炮的内弹道性能试验,计算结果与试验值吻合较好。研究表明弹丸动态冲击条件下,最大膛压下降,初速降低。     

模块药盒装填位置及药粒散布状态对内弹道特性影响的数值模拟研究

为了优化模块装药的装药设计,深入分析单模块装药的内弹道稳定深层机理,针对单模块装药模块药盒的不同装填位置及药盒破碎后火药颗粒的散布状态对压力波等内弹道特性的影响规律展开研究,基于经典内弹道理论建立模块装药一维气-固两相流内弹道模型,采用MacCormack差分方法进行数值计算,对比分析其内弹道参量在时间、空间上的变化规律。对模块药盒初始位置距膛底距离为0,100,200,300,400和500 mm的6种工况下的内弹道过程进行了数值计算及分析对比,发现模块药盒不同初始装填位置对内弹道特性有一定的影响。随着模块药盒离开膛底距离增大,膛内最大压力先增大后减小、弹丸初速也先提高后降低,在药盒初始位置距膛底100 mm时达到最大压力和最高弹丸初速;对模块药盒破碎后药粒在膛内的均匀散布、线性散布和后堆式散布等3种状态下的内弹道过程进行了数值模拟及分析。结果表明,药粒的均匀散布与线性散布对内弹道参量影响不大,而药粒的后堆散布会延长整个燃烧过程,同时降低膛压峰值和弹丸出口速度。     

高阶近似黎曼解模型在火炮内弹道两相流中的应用研究

为了提高对内弹道两相流过程中复杂激波系的捕捉能力,将基于Roe型格式的近似黎曼解模型推广到火炮两相流数值模拟中,通过TVD性质高阶修正以及显式时间步分裂4阶Runge-Kutta法,构造了气体—固体两相流高阶黎曼近似格式,并保证了气体—固体两相格式的一致性.通过与激波管、源项验证等具有解析解的经典算例进行对比,验证了所...     

内弹道非线性发展方程的定解条件:1.运动边界条件的设计

本文主要论述两相流内弹道方程组数值分析中动边界设计方法。结合若干实例,介绍边界设计中采用“特征线”法的局限性及其“控制体”方法的优点。     

基于火炮膛内气固两相流的热散失模型数值仿真

火炮发射过程中的热散失会影响内弹道性能。在数值仿真时由于直接计算热散失较为困难,通常采用对火药力或者燃气的绝热指数进行修正的方法,但该方法无法准确预测内弹道的性能。为此该文提出了一种基于气固两相流模型的热散失计算方法,从高温燃气与身管内壁的热交换出发,建立热散失模型,并将热散失模型与火炮膛内气固两相流模型耦合,热散失量将在气相能量守恒方程中的源项中考虑。以某155 mm火炮为研究对象,采用MacCormack差分格式求解修正后的气固两相流模型,获得膛内流场变化情况。求解得到的流场参量作为热散失模型和身管传热模型的输入参数,计算出内弹道过程中总热散失量以及身管径向温度分布规律。对给出的2种测试工况进行仿真计算,计算结果与实验结果的比较表明,考虑热散失时各指标误差明显减小,最大压力误差小于1.0%,初速误差小于0.5%。总热散失占火药燃烧后产生总能量的2%～4%。证明了该方法的可行性和优越性,有助于提高内弹道仿真的精度。     

基于NSGA-Ⅱ算法的埋头弹药内弹道性能优化

针对埋头弹药内弹道性能优化问题,将改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)应用于内弹道数学模型,优化装填参数以提高埋头弹内弹道性能。建立一维两相流模型模拟弹丸膛内运动过程,在此基础上采用NSGA-Ⅱ遗传算法,以弹丸炮口速度和弹道效率为优化目标,在给定最大膛压约束条件下对内弹道性能进行优化。优化结果表明弹道效率基本保持不变的同时炮口速度有所提高。为验证优化结果的适应性及有效性,采用优化后的装填参数在埋头弹火炮上进行了射击实验,结果表明弹丸炮口速度比优化前提高1.056%,在已达到内弹道设计指标前提下使初速进一步提高12.37 m/s。     

基于OpenFOAM的三维内弹道两相流程序开发及其应用

为了克服独立编程实现内弹道两相流程序存在仿真周期长、代码复用率低以及不具备复杂计算域求解能力等缺陷,该文在开源有限体积软件(OpenFOAM)框架中开发了三维内弹道两相流求解器; 对内弹道两相流求解器正确性展开了三方面验证,即压力波捕捉能力验证、全域守恒性验证、内弹道试验验证; 对中心炸管式抛撒系统点传火过程进行了仿真分析。仿真与试验对比结果表明,该文所开发的三维求解器为内弹道问题数值分析提供了高效且具备求解复杂计算域能力的仿真工具。     

基于改进两相流模型的模块装药内弹道模拟

为研究模块装药的特殊装药结构的内弹道特性,改进和优化装药结构参数,需建立数学模型进行模拟。现有的两相流模型不能直接用于模块装药的计算,根据模块装药的特点对现有模型进行改进和细化,考虑了装药和点火不连续、模块非同时破裂等因素,使其更接近模块装药内弹道实际过程。根据建立的改进数学模型对模块装药内弹道过程进行模拟,并对结果进行验证和分析。模拟结果与实验对比相符,数值模拟显示:在模块装药内弹道过程中存在点传火间断,传火过程更长,模块是按序破裂的。模块破裂时间受模块盒体强度和传火性能影响,模块盒体和传火管端盖强度越大,则模块破裂开始时间越晚,开始破裂到所有模块全部破裂时间跨度更长。     

串式装药两相流模型及数值求解

为改善串式装药的内弹道性能,对超高射频弹幕武器的核心技术串式装药进行研究。根据内弹道学及两相流相关基础知识,通过合理假设建立了串式装药的准两相流内弹道数学物理模型,给出计算方法,并采用MATLAB编写了计算程序,以30 mm口径武器为基础进行了数值求解,对求解结果给出了较好的三维图例,反映了发射药的燃烧规律及弹丸的运动过程。从理论上对侧药室密封和不密封进行了计算。结果表明,在最大压力保持基本不变的情况下初速由未密封时的588.4 m/s提高到密封后的626.3 m/s,初速提高了6.4%,对侧药室密封能够在一定程度上改善串式装药的内弹道性能。     

装药间隙对压力波影响的研究

根据复杂的分装式混合装药的特点，建立起多相流内弹道模型，通过数值模拟，着重分析主副药筒之间的间隙对压力波的影响，对给出最佳的间隙范围，计算结果与试验结果比较表明，两者一致性很好，计算结果符合膛内内弹道循环过程的变化规律，本文的研究结果对于指导火炮的装药设计和射击安全性都有一定的实际意义。