研究含缺陷固体推进剂装药需关注的方面

对固体推进剂裂纹腔中的对流燃烧流场进行了数值模拟，模拟中考虑了对流燃烧与裂纹变形间的相互耦合、侵蚀燃烧、燃气对推进剂表面的对流传热等多种因素的作用，得到了燃气压强、温度、速度沿裂纹长度方向的分布。通过分析，给出了含缺陷固体推进剂装药工作性能研究需关注的几个方面，为含缺陷固体火箭发动机建立判废标准提示了研究方向。     

装药缺陷对固体火箭发动机内弹道性能的影响

采用仿真计算分析方法研究了管状推进剂装药缺陷的宽度、深度以及包覆层脱粘等因素对固体火箭发动机内弹道性能的影响规律。结果表明,随着固体推进剂装药裂纹深度与宽度比的增加,燃烧室内压强和裂纹出口气流速度也增加。管状药柱包覆层前端轴向脱粘可使燃面-肉厚曲线的斜率增加,装药的压强指数增大,最终可能造成燃烧室压力过高而解体爆炸。     

含装药裂纹固体火箭发动机点火过程内流场数值模拟

基于裂纹流场与发动机内流场的耦合作用机理,利用裂纹出口流场参数来计算裂纹向燃烧室流场喷射质量流率的方法,对含装药裂纹固体火箭发动机点火过程的内流场进行了数值模拟,得到了内流场的分布情况,通过分析计算结果,总结出不同位置、不同几何尺寸的裂纹对发动机内流场的影响规律.     

星形装药发动机点火过程数值分析

星形是固体火箭发动机常用的装药形式,而其点火瞬时过程对发动机能否正常工作起着极为重要的作用.文中以Fluent软件为计算平台,采用UDF编译来实现点火燃气和推进剂燃气的质量、动量、能量向燃烧室的注入,结合kε两方程湍流模型、Pl辐射模型对某有堵盖的星形装药固体火箭发动机的点火瞬态过程进行三维数值计算.计算结果预示了各时刻下星形装药发动机燃烧室内的流场状态变化、火焰在星角内和轴向的传播规律.     

无喷管发动机性能优化分析

为优化无喷管固体火箭发动机的设计资源,文中围绕装药参数对无喷管固体火箭发动机性能的影响展开分析与计算。计算结果表明:装药能量、装药燃烧特性、装药结构参数对无喷管固体火箭发动机性能有不同的影响,无喷管发动机设计中采用高能装药、高燃速装药、优化装药结构、合适的装药燃速压强指数、两种燃速装药串联对于无喷管发动机性能的提高有利。     

固体火箭发动机装药缺陷原因分析及无损检测方法的研究

分析了固体火箭发动机的装药缺陷及其产生原因,阐述了装药缺陷对固体发动机可靠稳定工作的影响与危害,进而强调了对装药进行无损检测的重要性和必要性;随即介绍了装药无损检测技术的现状,列举比较了几种常规检测方法,为固体火箭发动机无损检测领域的应用研究提供了借鉴与参考.     

固体火箭发动机裂纹流场的数值模拟

固体推进剂表面裂纹在对流燃烧的作用下可能会引起裂纹扩展,即使裂纹不扩展,它也增加燃烧表面积,影响发动机燃烧室流场分布,因此,确定裂纹内的压强变化情况及裂纹内火焰传播情况,无论对于裂纹扩展的研究还是对于发动机整个燃烧室内流场的研究都具有重要的意义.采用NND差分格式,对含裂缝推进剂裂纹内的燃气压强随外界条件的变化情况和裂纹内部火焰传播情况进行了仿真计算,得到了不同增压梯度,不同裂纹尺寸情况下,固体火箭发动机裂纹内流场的分布情况,并分析总结出不同因素对裂纹流场的影响规律.     

固体火箭发动机结构破坏分析

针对固体火箭发动机结构破坏的问题,基于发动机组成结构以及工作原理,采用故障分析方法对造成结构破坏的影响因素进行了分析,通过数值计算及装药受力情况的有限元分析计算进行了机理分析,确认影响原因为火箭发动机设计缺陷导致发动机工作中装药碎裂,燃烧室内部压强急剧升高所致。根据发动机结构破坏机理分析,提出了相应的改进措施,进行了相关验证试验,进一步验证了机理分析的正确性以及改进措施的有效性,为火箭发动机设计提供了参考。     

无喷管固体火箭发动机内弹道计算

给出了一种无喷管固体火箭发动机内弹道计算方法,利用此算法就无喷管固体火箭发动机结构和装药等参数对性能的影响状况进行了分析,并得出结论:装药形式、结构尺寸、固体推进剂的燃烧规律与试验温度都对无喷管固体火箭发动机内弹道性能有影响。     

含装药缺陷固体火箭发动机点火瞬态内流场数值分析

应用FLUENT流体计算软件，用UDF接口编程进行二次开发，采用加源项的方法模拟燃烧室的加质，对固体火箭发动机内流场进行了数值模拟．采用结构化和非结构化网格，将四面体网格合成多面体网格从而提高计算精度，节省计算资源．主要分析了裂纹内的流动规律及裂纹对发动机主流场的影响．计算结果表明，当不考虑裂纹扩展时，裂纹的存在对发动机主流场的影响较小，裂纹的燃烧形成明显的射流；裂纹的燃烧增加了燃面面积，增大了升压梯度，缩短了点火时间．     

含预制缺陷PBX炸药裂纹扩展过程的试验研究

以典型HMX基PBX炸药为研究对象,采用圆弧巴西试验和数字散斑方法,通过预制缺陷的方式研究了不同缺陷条件下炸药裂纹的扩展过程.研究表明,不同缺陷下炸药裂纹扩展过程的差异较大,当缺陷位于加载轴向时,主裂纹完整贯穿试样中心,而当缺陷与加载方向存在夹角时,主裂纹从缺陷两端附近向加载面扩展,且不再通过试样中心.     

一种注装药梯度护理凝固技术

为解决注装药气孔、缩孔等疵病,提出一种基于逐层、顺序凝固原理的梯度护理凝固方法。通过沿装药 弹体的轴向划分出小区间,找出最易产生装药缺陷的区间,控制冷却液面上升速度等手段来使药液在该区间内的凝 固不产生疵病,完成所有区间的药液无疵病凝固,得到无明显装药疵病的高质量药柱;通过一种DNAN 基熔铸炸药 的梯度护理凝固应用,以验证该技术方案。装药结果表明：该方案能够得到无肉眼可见缩孔、气孔等疵病的高质量 药柱,装药质量可靠。     

压装HMX基PBX老化损伤及力学环境适应性

研究弹药装药的长贮老化损伤及力学环境适应性,用计算机断层成像(CT扫描)观察了贮存4,8,12a的压制奥克托今(HMX)基高聚物粘结炸药(PBX)装药的宏观结构缺陷。采用扫描电子显微镜(SEM)分析了贮存4,12a装药的细观损伤。运用冲击、振动实验考核了贮存12a装药的力学环境适应性。结果表明,长贮后出现PBX装药缺陷,表现为较为平直的沿径向贯穿、沿周向分布较为均匀的裂纹,裂纹数量随贮存年限增加而增加。装药缺陷的细观损伤模式为界面脱粘及基体开裂。带缺陷PBX装药弹药经受一定的冲击及振动载荷后,虽然增加了两处径向裂纹,但能够保证安全。     

PBX内部缺陷激光超声无损检测数值模拟

为提高高聚物粘结炸药(PBX)材料超声检测效率,保证最终产品的可靠性与安全性,研究了一种基于激光超声技术的PBX内部缺陷非接触无损检测方法。基于热弹机制,建立了PBX材料激光超声的有限元数值计算方法和模型。得到了脉冲激光照射下PBX材料内部瞬态温度场和声场分布。模拟了激光超声与PBX内部气孔和裂纹缺陷之间的相互作用。数值结果表明,采用5激光束同时激励,可在保证PBX安全温度范围内大幅度提高激光超声对内部缺陷的检测能力,可实现长度大于0.5 mm裂纹,直径大于0.2 mm孔洞的检测。初步验证了激光超声对于PBX材料内部缺陷检测的可行性。     

裂纹缺陷影响隐身性能的模拟与仿真

裂纹缺陷不仅影响飞机、军舰结构与零部件的强度及传统意义上的安全可靠性,在现代空战、海战与军事对抗的态势中,更影响飞机、军舰性能的安全发挥。应用Ansoft HFSS软件,并通过物体雷达散射截面(RCS)的仿真计算,模拟和探讨裂纹缺陷对隐身性能的影响。     

机械结构使用寿命和检修周期

本文分析了常用的安全寿命设计法和损伤容限设计法,提出了结合两者进行可靠性设计的一种新方法。为获得具有一定存活率和置信度的安全裂纹形成寿命和安全裂纹扩展寿命,对分散系数作了论述。根据由若干关键元件组成的串联系统可靠性分析模型,建立了在指定可靠度下整体结构安全裂纹形成寿命和安全裂纹扩展寿命的关系曲线,从而合理地确定结构使用寿命和检修周期。     

密实装药床中点火火焰传播特性的实验与数值研究

以某火炮密实装药为背景,为了研究在中心点传火结构下装药床中点火火焰的传播特性,设计并使用了可视化半密闭爆发器式模拟实验装置。考虑到实验安全性,装置中以尼龙假药粒床来替代真实发射药,通过高速摄影系统拍摄了装药床中点火火焰的传播过程。实验结果表明,点火火焰在前期主要体现为径向传播,直至火焰气体受到药室壁面的约束,径向传播减弱而轴向扩展成为主要特征。基于实验,结合多孔介质模型建立了装药床中点火燃气流的二维轴对称传播模型,并利用FLUENT软件对点火火焰的流动过程进行了数值模拟。将气体高温面等效为火焰面,数值计算得到的气相温度场云图与实验拍摄的火焰图像对比基本吻合,火焰轴向位移的数值结果与实验结果相差不超过7.14%,并由数值计算的火焰位移曲线得出装药床中火焰轴向传播的平均速度为14.1 m/s。     

基于异常压力场的火炮身管断裂失效再现数值模拟

针对某坦克炮实弹射击出现身管断裂失效的情况,采用问题再现、原因分析、计算分析和效果验证等研究方法,利用LS-DYNA程序流固耦合算法,以等量TNT爆轰产生的高压气体流场近似代替实际火药气体作用,采用基于显式积分的拉格朗日-欧拉耦合算法解决流体与固体的耦合,建立了高压气体与身管之间相互作用的数值模拟,解决了流体形变引起的计算困难问题。引入Johnson-Cook塑性模型以及断裂失效模型描述身管材料动力学响应,在预置初始裂纹的情况下对身管在异常内压下的动力学响应进行了数值计算及分析。数值模拟结果较好地描述了身管材料在异常压力作用下的断裂失效机理,再现了身管发生撕裂损伤破坏的过程,为火炮使用安全性以及故障分析提供了参考。     

基于裂纹形成及扩展的火炮闩体寿命研究

某自动武器定型试验实弹射击累计523 发时,静检发现闩体出现约1 mm 深裂纹,为了 判定损伤闩体剩余寿命是否满足使用要求,应用解析与数值模拟方法,对闩体裂纹形成阶段的寿命 和扩展阶段的寿命进行了分析计算。结果表明,在常温正装药条件下,考虑闩体实际加工表面粗糙 度对疲劳寿命的影响,计算总体寿命不小于1 650 发,可满足闩体的设计要求。同时,对闩体疲劳 裂纹形成的影响因素进行了分析,根据分析计算结果,采取了减小闩体局部表面粗糙度措施,使该 火炮闩体寿命提高到1 800 发以上。     

大当量DNAN 基熔铸炸药装药质量控制方法

为控制在装药工艺中大当量熔铸炸药装药的质量,提出一种铸炸药装药质量控制方法。分析了装药缺陷 产生的原因,根据产品的结构特点,设计了装药工艺,通过工艺过程控制措施消除装药疵病,利用ANSYS 软件对 注装法进行了仿真计算,得出一套最佳工艺参数,并通过典型产品应用进行验证。应用结果表明：该方法消除了缺 陷,产品总质量符合指标要求,装药质量得到显著提高。