发射药连续化生产模型研究

为研究发射药连续化生产技术,以发射药溶塑制造工艺为背景,建立发射药连续化生产模型.利用制造发射药的物料在工序中的流动速度,研究了发射药连续化生产各工序物流匹配关系和工艺设备匹配关系,通过对发射药连续化生产工艺单元物料流速进行分析,建立了发射药连续化生产线物料流速为特征的发射药连续化生产模型,并以某种发射药制造为例研究发射药连续化生产模型在该发射药连续化生产中的应用.结果表明:该模型可用于发射药连续化生产工艺优化,解决离散工序与连续工序的连续化结合问题.     

螺杆挤出过程中物料在线流变行为及其数值模拟

为研究发射药螺杆挤出成型工艺,采用硝化棉(NC)代料二醋酸纤维素(CDA)、通过狭缝流变仪研究了物料在螺杆挤出成型过程中的在线流变行为。结果表明,CDA溶液为一种非牛顿假塑性流体,提高加工温度有利于改善物料的流动性并降低机头压力。同时利用计算机辅助工程软件Polyflow对挤出机机头流道内物料的流变行为进行了数值模拟,选取Power模型,得到流道内物料的压力分布、剪切速率分布和剪切粘度分布,模拟结果与实验数据相近。模拟结果表明,螺杆转速增大,物料的剪切粘度降低,但同时增大了机头压力和压降速率,不利于发射药的质量和加工的安全性。CDA溶液挤出成型过程中在线流变行为及其数值模拟计算的研究,对发射药的连续挤出成型具有重要的指导意义。     

发射药生产过程中静电锥体放电规律数值模拟研究

静电锥体放电是引发发射药燃烧爆炸事故的重要放电形式。为了研究其在生产过程中的放电规律,基于静电场高斯定理,利用ANSYS有限元模型,对单基发射枪药的存储、转运料斗中的静电场进行了数值模拟,并进行了实验验证,实验值与模拟值吻合较好。通过数值模拟得到了单基发射枪药料斗内静电场的分布规律,以及静电场随物料厚度的变化规律。研究结果表明：单基发射枪药料斗底部电场强度最大、侧壁次之、物料表面电场强度最小;最大电位出现在物料内部,而不是物料表面;物料厚度在0.05 m时,底部最大电场强度为6.92×10⁶ V/m,大于空气击穿电场强度,这表明在料斗刚罐充发射药时,就可能在料斗底部发生静电锥体放电;随着物料厚度的增加,料斗内的电场强度也随之增大,当发射药厚度增加到0.29 m时,底部最大电场强度已增大至1.41×10⁷ V/m, 侧壁和料面电场强度也随之增大,料斗内锥体放电更加频繁,点燃发射药的危险性也更大。     

四级渐扩型BLPG内弹道特性实验研究及数值模拟

以整装式液体发射药火炮(BLPG)为研究背景,设计了一种小口径四级渐扩型整装式液体发射药燃烧推进模拟装置,实验测得该装置药室内部的p-t曲线。在经典的液体炮内弹道数理模型基础上,构建了一种全新的四级渐扩型整装式液体发射药火炮三阶段内弹道模型,并得到了数值模拟结果。结果表明:药室内燃烧压力与时间的模拟值与实测值吻合较好,计算模型合理,可用于指导渐扩型整装式液体发射药火炮的内弹道设计。采用渐扩型的药室结构可以促进燃烧稳定性。     

基于挤出沉积技术的发射药3D打印机设计及制备

以挤出沉积技术为核心、针对发射药黏度高、不能高温加热的性质,设计了发射药挤出沉积快速成型系统,并搭建了完整样机.以硝化棉为主的某ZY发射药为原料,制备出27.3％、33.3％、38.5％、42.9％、46.7％、50％等不同浓度物料,通过3D打印挤出实验,发现针头内径与物料浓度之间存在多项式函数关系,确定了填充速度范围为2～4 mm·s-1、填充率范围为70％～90％、底板温度范围为25～45℃;在此基础上,使用发射药3D打印机打印发射药,并进行压缩实验,结果表明发射药压缩强度最高可达为230 MPa.     

成型工艺条件对混合酯硝胺药质量的影响

为研究成型工艺条件对混合酯硝胺发射药成型质量的影响,选用了标准的成型物料,分别进行了成型方式、螺压成型速度与成型模冷却水温、晾药温度等对成型质量影响的实验验证．试验结果表明,各项成型工艺条件对混合酯硝胺发射药的成型质量均有一定影响,只要成型工艺条件选择合理,就能确保混合酯硝胺发射药的成型质量满足设计要求．     

高压水射流切割发射药模型及实验研究

针对硝基胍发射药制备切药过程中存在易堵孔、变形等问题,设计了高压水射流切割系统装置,建立了射流切割硝基胍发射药过程的力学模型,研究了射流切割工艺,分析了切割过程的安全性,并通过密闭爆发器实验研究了射流切割发射药的燃烧性能。结果表明,射流切割的深度与切割速度、发射药的强度成反比,射流切割靶距越大,切缝越宽,试验结果与理论分析一致;磨料水射流适用于切割驱溶与未驱溶发射药,而纯水射流只适用于切割未驱溶发射药;硝基胍发射药在切割过程中的温度升高最高温度为60℃,远低于其初始热分解温度178.1℃;射流切割发射药的定容燃烧性能与手工切割的一致。     

等离子体与发射药相互作用的研究

介绍了近年来国外进行等离子体与发射药相互作用的实验及理论研究方法、主要研究成果和发展动态。实验内容包括发射药在等离子体作用下的点火实验，等离子体作用下测量发射药燃速的方法，以及研究等离子体增强发射药燃烧机理的实验设计。理论研究主要是如何建立合理的等离子体模型。     

双基发射药黏弹特性与本构模型研究

为研究双基发射药的黏弹性和力学响应特点，对双基发射药开展了黏弹特性与本构方程研究。通过拉伸、压缩、断面观察和应力松弛实验研究，明确了双基发射药的黏弹性质；然后以Reduced Polynomial （N=5）模型和Prony级数建立了双基发射药的超弹-黏弹模型，利用实验数据获取了模型参数；最后对所建立的双基发射药超弹-黏弹模型进行了验证。结果表明，双基发射药超弹本构模型对单轴拉伸应力应变的仿真结果与实验结果之间的误差不高于5.01%，超弹-黏弹本构模型对应力松弛的仿真结果与实验结果之间的误差不超过6.49%，说明建立的双基发射药超弹-黏弹本构模型能够较好地描述双基发射药的力学特性，能够为发射药力学性能研究提供重要的研究方法和仿真手段。     

发射药混同过程静电性能测试及风险评估

为评估发射药混同过程中的静电灾害风险,预防事故发生,自主设计了电阻率、介电常数、电荷积累量等静电参数测试装置,并以11/7单基发射药为典型产品进行测试实验,得到其体积电阻率为1.87×10~(10)Ω·m,表面电阻率为1.06×10~(12)Ω,介电常数为1.88,滑槽摩擦状态饱和荷质比为-1.85μC·kg~(-1);采用ANSOFT MAXWELL软件对11/7发射药混同料筒内的静电场进行仿真计算,得到了直径1000 mm混同料筒内11/7发射药最大静电场强随药面高度的变化曲线,结果表明随着药面高度的增加,料筒内电场强度不断增大,当药面高度达到40 mm时,料筒内电场强度已达到空气击穿场强,存在静电放电风险;对不同直径混同料筒的临界放电药面高度进行模拟计算,得到了临界放电药面高度随料筒直径的变化曲线,结果表明直径100,200,300,400,500 mm的料筒,临界放电药面高度分别为81,46,42,41,40 mm,直径超过500 mm时,临界放电药面高度基本维持在40 mm。     

磨料水射流光整身管表面方法

为了满足枪械对枪管内表面高质量的要求,提高射击精度,提出了一种磨料水射流光滑身管表面的方法。首先针对身管膛线的螺旋特性,结合磨料水射流加工方式,对磨料水射流光整身管加工装置的结构进行设计。进而建立磨料水射流切割数学模型,并利用Fluent流体仿真软件进行磨料水射流加工过程的数值分析与计算,研究结果表明：磨料水射流光滑身管表面加工方法是可行的,对于磨料水射流光整身管内表面加工方式进一步发展具有一定的指导意义。     

不同金属粉在等离子体点火中的作用研究

为了研究不同金属粉在等离子体点火中的形貌特征及对发射药点火燃烧性能的影响,设计了新型的圆盘状等离子体发生器,采用铝粉和铜粉进行了敞开环境中的等离子体点火试验及密闭爆发器中的点火燃烧试验。实验结果表明:与含铝粉的等离子体相比,含铜粉的等离子体点火产生的灼热粒子物质较多,更有助于发射药的点燃;而含铝粉的等离子体点火持续时间较长,使得发射药的燃气生成速率有了较大提高,改变了发射药的燃烧渐增性。说明金属粉的存在能够对等离子体的点火效能产生影响,通过选取匹配性的金属粉及等离子体的装填控制条件,有可能对发射药的燃烧规律进行控制。     

基于非层次型改进二级求解技术的大口径火炮多学科优化设计

以某大口径火炮为研究对象,研究该火炮弹-炮-药一体化设计中弹、炮、药参数的更优匹配关系。基于内弹道、外弹道及终点效应3个子学科的内部耦合关系,以弹丸最大初速、火药利用效率、射程及杀伤面积为优化目标,借助Isight集成优化平台,采用非层次型改进二级求解策略,建立了系统学科及某大口径火炮弹-炮-药一体化多学科优化模型。相比于传统的单目标优化方法,该模型充分发挥了各个子学科的自治能力,借助系统学科的统筹协调,避免了优化目标的过度劣化,实现了火炮综合性能的改善。     

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。     

某金属传火管不同装药对点传火性能的影响研究

针对某大口径火炮设计了中心金属传火管,在点传火模拟试验装置上进行了该金属传火管的点传火试验。通过对比分析传火管管内压力、火焰传播速度、破孔时间差以及点传火时间等参数的变化情况,对影响金属传火管点火性能的点火药种类和装药量两个因素进行对比分析。结果表明与大粒黑和小粒黑相比,当点火药为苯萘药条时更有利于提高药床的透气性,能够明显提高火焰的传播速度,缩短破孔时间和点传火时间,且随着苯萘药条药量的增加,火焰传播速度、点火能量也随之增加,具有更为良好的点传火性能,该结论可以为下阶段工程化应用提供设计依据。     

基于ADAMS的某转管武器缓冲装置的参数化设计

针对速转管武器射速的增加引起后坐力增大的问题,设计一种基于 ADAMS 的某转管武器缓冲装置。以某小口径自动武器缓冲装置为研究对象,在Solidworks中建立三维模型,以ADAMS为分析平台,对缓冲装置的关键设计参数进行优化分析,得到最优的参数组合。仿真结果表明：采用参数化分析结果匹配设计的缓冲装置,能够满足后坐阻力和后坐位移的要求,对武器其他结构参数的优化设计有一定的参考价值。     

基于ADAMS 的某航炮动力学仿真分析

为减小航炮在发射过程中的最大后坐冲击载荷,对某航炮虚拟样机进行建模及仿真分析。在Solidworks 中建立该航炮的3 维模型,基于刚柔耦合动力学理论,借助动力学仿真软件ADAMS 建立该航炮虚拟样机模型,在 此基础上对航炮进行仿真分析。仿真结果表明：航炮缓冲装置结构参数的合理设计能够达到减小后坐冲击载荷的目 的,对航炮其他结构参数的优化设计有一定参考价值。     

速射火炮定向反射膨胀减后坐力机理研究

传统速射火炮在高射速连发射击时,膛口装置后喷的气体对炮位附近装置和人员影响较大,为此提出定向反射膨胀减小后坐力机理。通过身管上多个前倾斜孔将火药气体引入封闭定向反射膨胀腔室中,利用火药气体在定向反射膨胀腔室前部形成的高压区及其对装置反射面的冲击作用,达到减小火炮后坐力的目的。运用计算流体力学理论分析了该机理,通过分析计算得到装置的减后坐力最大效率为48.3%,与现有速射火炮膛口装置制退器的效率相当且无向斜后方喷射的气体。开展了相应的实验研究,验证了理论分析的正确性。该机理具有广泛适用性,可为速射火炮降低后坐力提供新的思路。     

新型转塔式高效加药机

为提升成弹装配生产效率,设计一种新型转塔式高效加药机。通过增加中间物流传输链,将传统计量板 加药机构与转塔式加药机构有机结合,通过装药效率评估。结果表明：该加药机既能保证加药精度,又能有效提高 加药效率,仅采用4 孔计量板结构就将生产效率提高90%,具有广阔的推广前景。     

基于遗传模拟退火算法的转管武器自动机优化设计

针对内能源转管武器自动机影响因素多、约束关系复杂、目标函数值必须是全局性最优值的特点,结合遗传退火模拟算法,建立了以后坐力、系统阻力矩和射速波动最小为目标函数,凸轮曲线槽参数、导气装置、机心结构等主要自动机参数为优化变量的内能源转管武器自动机多目标多参数优化模型.经过优化计算使内能源转管武器的系统阻力矩、射击波动和后坐力都有了较大的改善,为转管武器自动机系统优化设计提供了新思路.