液体工质电热化学炮的两维多相流模型研究

液体工质电热化学炮内弹道过程的本质是高速等离子体射流与推进剂工质的相互作用并推动弹丸运动的过程，基于对该过程物理机理的现有理解，本文提出了用于描述液体工质电热化学两多相流模型，主要包括；描述等离子体与液体工质气态产物运动的两湍流模型和描述由等离子体射流卷吸引起的液体工质颗粒运动的颗粒轨道模型，根据上述模型进行了数值计算。     

液体工质电热化学发射过程内弹道特性分析

描述了液体工质电热化学发射系统中液体工质的内弹道过程，并建立了相应的数学模型、编制了计算程序，该模型用经验关系修正燃烧过程中Ｋｅｌｖｉｎ－Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ动力不稳定性的影响，可用于预测燃烧过程压力、弹丸行程的瞬时变化。结果表明液体工质电热化学发射过程中燃气压力存在双峰现象，第一个峰值出现在弹丸几乎尚未运动的时刻，与初始空腔体积以及初始等离子体射流有关；第二个峰值则是等离子体和工质分解的共同作用结     

电热轻气-化学发射技术

在比较了电热化学与电热轻气发射的各自优缺点、剖析了化学火炮发射技术的理论极限之后，介绍了电热轻气化学发射新概念，本文探讨了这一新发射技术可能采用的一维数学模型，最后还将12．7mm电热轻气炮的试验结果与同口径的电热轻气一化学发射的计算结果作了比较．     

空间碎片清除轻气炮内弹道参数优化选择

根据空间碎片清除航天器中轻气炮载荷的特殊设计需求,在1 200 m/s目标弹速的设计要求下进行内弹道参数的优化选择。利用内弹道方程选择了最佳气室容积与驱动气体种类。以轻气炮炮身质量和弹丸炮口速度两个优化指标进行气室压强和炮管长度的选择,分别利用质量估算和AMEsim仿真模型建立轻气炮质量方程与弹丸炮口速度方程,并利用权重系数联系两方程建立评价方程,分析了不同的权重系数下的炮管长度和气室压强的选择原则,建立了系统的碎片清除轻气炮内弹道参数选择方法。     

燃烧轻气炮氢氧燃烧特性详细反应动力学模拟

应用氢氧燃烧19步详细化学反应机理,建立了某燃烧轻气炮氢氧燃烧单区模型,数值模拟了氢氧混合气体燃烧发射弹丸的过程。模拟结果与文献［1］实验结果基本吻合,较好地模拟了某燃烧轻气炮氢氧燃烧热力学过程。在此基础上,对多种工况参数下的氢氧混合气体燃烧进行了系统仿真计算,分别讨论了初始温度、初始压力、稀释气体成分与比例对燃烧轻气炮氢氧燃烧特性以及内弹道性能的影响,分析了氢氧燃烧过程中各化学组分的变化。研究结果表明,氢氧混合气体初始温度、初始压力和稀释气体成分与比例对燃烧轻气炮内弹道性能有着显著影响。     

电热化学炮内弹道过程的势平衡分析

通过对电能作火药当量化假设，将势平衡理论用于电热化学炮的内弹道分析。根据常规和电热化学发射的试验结果，初步探讨了势平衡理论在电热化学炮内弹道数据分析中的应用。该方法可以用于确定弹丸运动的阻力系数，确定实际火药力和电能利用系数，评价脉冲放电的作用效能。根据势平衡点参数的变化，可以检测膛内火药燃烧是否有异常现象。     

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。     

内弹道过程中气体工质做功能力计算分析

计算分析了3种假设条件下不同气体工质的极限速度,理论推导真空中气体工质自由膨胀所获极限速度的关系式,建立了三维非定常条件下35 mm等截面轻气炮数学模型,采用ANSYS-CFX软件对不同气体工质所获弹丸初速进行模拟计算,对比了不同比例的氢氦混合气体对轻气炮弹丸初速的影响.结果表明:氢气是做功能力最强的气体工质,并且氦气在发射小质量弹丸时具有显著优势.     

燃烧轻气炮点火对内弹道性能影响的仿真分析

为探索燃烧轻气炮点火对内弹道性能的影响,应用商业软件对其进行仿真分析,通过施加能量模拟点火源,采用计算流体力学方法对燃烧轻气炮内弹道气体流场进行数值模拟分析。计算结果表明:燃烧轻气炮点火源布置对弹底压力波动影响很大,在一定范围内合理增加点火源数量、点火能量和放电时间都可以减小弹底压力波动,但对弹丸初速影响不大。     

液体工质电热化学炮膛内流动特征研究

应用两维多相流模型对液体工质电热化学炮内弹道过程进行了数值模拟，并利用颗粒轨道模型刻画液体颗粒在膛内的分布和运动情况，进一步详细给出了等离子体和液体工质相互作用的若干细节．计算的膛内压力曲线与实验一致．运用壁面函数法分析了较大界面波振幅对液体工质电热化学炮内弹道过程的影响．计算结果显示：气液界面处波动振幅的增大会导致膛内出现较复杂的流场情况，压力和温度状况也会趋于复杂．这预示了膛内液体工质燃烧的不均匀性，并揭示出由Kelvin-Helmholtz不稳定性产生的两相界面的大幅波动是引起液体工质不稳定燃烧的主要因素．     

燃烧轻气炮发射过程数值模拟与优化

针对常规火炮理论初速极限较低的问题,基于氢氧燃烧特性建立燃烧轻气炮的内弹道内模型。根据燃烧轻气炮原理得到影响燃烧轻气炮內弹道性能的参数,采用粒子群优化算法对发射装置结构和内弹道参数进行优化,使用Fluent耦合Chemkin的方法进一步验证了内弹道数值仿真优化结果。结果表明：优化后装置的初速略微下降,燃烧室的初始压力和最大膛压大幅度下降,研究结果在燃烧轻气炮初期研究阶段具有较高的参考价值。     

火箭弹自力弹射内弹道特性

为消除火箭弹发射尾焰对发射装置周围人员及设备的威胁,提出了一种火箭弹自力弹射技术方案,将发射尾焰限制在发射筒内直至弹尾离筒。基于经典内弹道学推导得到火箭弹自力弹射的内弹道数学模型,并进行了低压室初始长度300 mm、低压室初始长度300 mm与低压室开有2个孔径为15 mm的孔、低压室初始长度150 mm 3种工况共5发实弹的验证试验。对比仿真数据与试验数据发现：二者低压室压强随时间变化曲线的一致性较好;低压室压强峰值的最大相对误差为9.29%,弹体出筒瞬间速度的最大相对误差为5.24%,模型的有效性得到验证。以自力弹射内弹道模型为基础,分析低压室开孔、低压室初始长度、发射筒长度、发动机流量对其内弹道特性的影响,为火箭弹自力弹射的内弹道研究提供了理论参考。     

30mm等离子体增强固体发射药火炮内弹道物理模型及其计算

提出脉冲形成网络（ＰＦＮ）控制电能释放条件下的固体发射药电热化学炮内弹道模型，采和１ＭＪ贮能电源，对３０ｍｍ电热化学炮（ＥＴＣＧ）进行了弹道计算，计算中改变的参量有电能输入量、电能与化学能的匹配关系、药室容积、身管长、装工缇及弹丸质量等。最后给出了不同参量组合所能达到的最大火炮效能，从而为该武器设计提供了理论依据。     

等离子体增强火炮发射性能的实验研究

在30mm电热化学发射装置上进行了输人电能、装填密度和火药种类影响发射性能的实验研究。实验结果表明：在等离子体脉冲的作用下．火药燃烧过程得到增强．燃气生成速率提高，导致较陡的起始压力上升曲线。在较大能量和脉宽的电脉冲作用下，在不增加最大膛压的情况下能有效地提高炮口初速。某些经过表面处理的火药可以在抑制最大膛压升高的同时保持等离子体对火药燃烧的电增强效应，提供了一种提高发射效率的有效途径。     

导气与枪管浮动混合式自动机动力学特性研究

为了研究导气与枪管浮动混合式自动机在高初速榴弹发射器上应用的可行性及通过调节导气装置结构参数匹配枪管组件与枪机框组件后坐能量达到降低武器系统后坐力的目的,基于气体动力学理论和热力学理论,推导考虑热量散失及枪管浮动作用的内弹道和导气装置气流问题的基本方程组。利用该计算模型对高初速榴弹发射器发射动力学进行仿真,得出武器系统自动机运动特性曲线及后坐力随时间变化的曲线。将仿真结果与实验结果进行对比,验证模型的正确性。探讨导气装置导气孔直径、导气孔开孔位置、导气室初始容积结构参数对导气室气体压力变化的影响规律,并分析其对自动机速度曲线及后坐力的影响。在完成自动机自动循环的前提下,采用导气与枪管浮动混合式自动机可将武器的最大后坐力控制在1 100 N内,实现武器低后坐发射。     

FST-纯电热耦合发射原理初探

介绍了一种爆轰驱动快速激波管(FST)超高速发射新技术.在讨论了爆轰驱动快速激波管发射技术的理论极限与电热炮的一些局限性后,提出了一种由2种发射技术混合而成的新型化学-电热发射技术--FST-纯电热耦合发射技术新概念.这种FST-纯电热耦合发射技术具有超高发射速度以及极高的能量利用率.从原理上讨论了这一新技术的可行性以及可能采用的理论模型,并对所建模型进行了计算.     

外置式水下蓄能发射装置内弹道研究

为研究新型低噪声水下鱼雷发射装置,介绍了一种新型外置式蓄能发射装置,该装置属于液压平衡式发射装置,并且将动力缸及活塞组件置于潜艇耐压壳体与非耐压壳体之间,有利于节省艇内空间.将发射装置的水缸、发射管、气液缸的气腔和液腔视为4个压力均匀的工作腔,根据发射原理分别建立了发射装置各子系统的数学模型,仿真分析了外置式水下蓄能发...     

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。     

铜柱测压器分级鉴选装置研究

为了对1 cm²旋入式铜柱测压器进行分级鉴选,设计一种专用测压试验装置,通过膛内扩容减压的方法,提供满足试验要求的压力源。通过内弹道过程分析,结合腔室流量方程,建立了该测压装置内弹道数学模型。通过仿真,分析了火药燃气在膛内与集气室间的正向流动和回流过程,以及各腔室压力变化过程,分析了高压集气室初始容积、导气孔位置对腔内最大压力的影响。在已知参数条件下,高压集气室内最大压力可调节至约39.0 MPa,与试验结果对比,最大偏差为4.9%,满足旋入式测压器分级鉴选试验要求。     

基于AUTODYN的压缩空气弹射内弹道研究

以超近程防御武器系统压缩空气发射装置为背景,利用流固耦合软件AUYTODYN建立了不同空气压力、不同泄流面积、不同内弹道长度下的压缩空气弹射内弹道模型,通过对模型流固耦合数值仿真结果的分析,得到了弹药速度与时间、弹药速度与位移、弹药速度与空气压力、弹药加速度与时间的关系,并在此基础上确定了发射装置所用的压缩气体的体积与压力以及发射管的内弹道长度。