某大口径枪械内弹道挤进时期的数值仿真与分析

针对线膛枪管内膛与弹丸的复杂结构以及高度非线性的挤进过程,求解了弹丸挤进时期的弹底压力,采用多软件综合仿真的方法,建立了枪管和弹丸的高精度有限元模型,模拟了弹丸的挤进过程。分析了弹丸挤进过程所受应力、变形量的时空演化规律,展示了弹丸上膛线刻痕的形成过程,获得了弹丸嵌入阻力变化规律的仿真结果。通过计算并比较弹丸嵌入阻力不同拟合公式的可决系数,获得了弹丸嵌入阻力的最优拟合公式。所得结果为内弹道起始问题的研究、枪管内膛结构设计提供了理论参考。     

反弹道非正侵彻的弹体结构响应实验研究

为研究高速侵彻弹体的瞬态结构响应,利用反弹道实验技术和数字图像相关测试方法,在152 mm轻气炮加载平台上建立了结构弹体非正侵彻2024铝靶的反弹道实验系统。通过弹体侵彻铝靶实验,获得弹体在反弹道非正侵彻过程中的实时响应特性,对比倾角、攻角及倾角与攻角联合侵彻作用下的弹体响应特征,得到了不同侵彻条件下弹体结构的定量响应规律。研究结果表明：攻角对弹体结构弯曲响应的影响更明显,3°攻角侵彻后弹体端部挠度大于10°倾角侵彻的结果,5°攻角大于15°倾角的侵彻结果;5°攻角联合15°倾角的侵彻条件下,弹体头部前1/4处轴向塑性应变可达4.6%,尾部均为弹性变形。     

反弹道斜撞击下自由梁结构响应研究

反弹道撞击实验在材料与结构动力学响应研究领域中已有广泛应用,相比正向撞击实验,反弹道实验可在自由梁上加装测量装置,得到更精确的测试结果。开展了自由梁20°斜撞击的反弹道实验,使用数字图像相关方法测试了弹体的实时动态响应情况,引入失效判据,并结合数值模拟分析,求解了轴向与横向载荷交互作用下的自由梁弯曲形貌。结果表明：考虑轴向力的计算结果与实验吻合较好,且优于文献［4］给出的自由梁计算模型;当质量比m_γ≥10时,正反弹道具有较好的等效性,该方法亦可用于求解弹体在非正侵彻过程中的结构响应。     

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。     

弹膛偏移对小口径埋头枪弹挤进动态响应的影响

为研究弹膛偏移对埋头弹挤进过程动态响应的影响,以小口径埋头枪弹为研究对象,考虑聚合物弹帽与枪管对弹头的共同作用,采用显式动力学方法,耦合经典内弹道方程,建立了动态挤进过程弹-枪相互作用数值仿真模型。分析弹膛偏移量对弹头质心偏量、膛内偏角和挤进阻力的影响,开展了弹帽结构优化设计,利用多参数同步测量技术进行埋头弹姿态和精度试验,验证了设计方案的有效性。研究结果表明,随着弹膛偏移量的增加,弹头挤进结束时质心偏量、膛内偏角和最大挤进阻力均增大,降低了埋头弹-枪系统的精度,影响了系统寿命和安全性,通过优化弹帽结构,可大幅度减小膛内运动质心偏量,改善弹头偏角和最大挤进阻力。研究成果为埋头弹-枪系统设计及优化提供了技术支撑。     

导弹发射系统发射内弹道热-流耦合仿真研究

为了研究导弹发射系统发射内弹道特性,采用Fluent软件建立了内置式发射动力系统发射过程仿真模型,使用动网格技术模拟了导弹在发射筒内的运动过程,通过发射系统流场及固体壁面间的热-流耦合计算,得到了导弹发射出筒过程中的能量利用系数.仿真所得的内弹道结果能较好地与试验结果吻合,发射动力系统耗散的热量约为发射筒耗散热量的1/...     

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。     

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。     

基于烧蚀磨损理论的某新型高炮内弹道性能预测

以某新型高炮为研究对象,基于火炮烧蚀磨损理论展开内弹道性能预测研究。对现有计算方法进行局部改进,分析火药气体作用下的弹丸膛内运动过程与弹丸受力。建立了身管烧蚀磨损后的内弹道仿真模型。对计算结果进行拟合,分别得到了径向磨损量与炮口相对初速下降量、最大膛压下降量之间的函数关系。     

一级气体炮内弹道方程修正及验证

为了使理论计算结果更为准确可靠,对一级气体炮内弹道经典方程进行修正。分析了一级气体炮内弹道经典方程存在的问题及原因,指出气室容积不能忽略。提出了气体密度新的表达方式,并根据质量守恒方程、气流动量方程、弹丸运动方程、气体绝热膨胀方程和理想气体状态方程等,联立推导出一级气体炮内弹道修正方程。将修正方程、经典方程计算结果与内弹道流体数值仿真结果进行对比,结果表明:在容积比较小的情况下三者的偏差很小; 但随着容积比的增大,经典方程计算结果偏离修正方程和数值仿真计算结果; 经典方程仅适用于容积比较小的情况; 而修正方程的适用范围不受容积比大小限制,验证了修正方程的正确性和适用性。     

基于内弹道过程的膛内燃烧产物的计算

为提供弹丸出膛口后流场计算的初始数据,在内弹道计算的基础上引入了发射药燃烧产物组分的计算。内弹道计算采用经典内弹道计算模型,发射药燃烧产物组分的计算采用最小自由能法。在最小自由能法中,使用实际气体的范德瓦尔斯状态方程,采用剩余性质法计算实际气体的Gibbs自由能。通过计算,得到了膛内火药燃烧产物组分的变化情况。分析表明,该文的计算结果可以作为弹丸出膛口后流场计算的初始数据。     

质量平衡炮不等质量的内弹道研究

该文研究的质量平衡炮采用不等质量原理,可使质量平衡炮系统总体结构方案获得最优.作者应用本文所建立的公式设计的质量平衡炮是可行的和正确的.     

基于液态平衡体的无后坐炮内弹道研究

为了实现无后坐炮在有限空间内安全发射,设计了一种含液态平衡体的新型装药结构。基于该新型装药结构,开展了某口径无后坐炮内弹道性能试验,建立了相应的内弹道模型,计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,分析了液态平衡体初始质量、密度、火药弧厚、喷管喉部直径以及挤进压力等参数对内弹道性能的影响。结果表明:液态平衡体初始质量对最大膛压和炮口速度的影响显著,而其密度的影响较弱; 较厚的火药、较小的喷管喉部直径及较低的挤进压力有利于提高内弹道综合性能。研究结果可为基于液态平衡体的新型无后坐炮内弹道及装药结构设计提供理论指导。     

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。     

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...     

考虑管状药束轴向运动的大口径平衡炮二维内弹道模型的建立与仿真

传统的两相流内弹道模型将火药颗粒作拟流体假设,对于采用长管状药装药的大口径高速平衡炮来说误差较大。为解决这一问题,针对管状药模块化装填的某480 mm口径高速平衡炮提出在欧拉坐标系中考察火药气体的流动情况,在拉格朗日坐标系中追踪管状药束的运动规律;同时针对药束径向运动方程难以建立的问题,提出药束沿径向线性排布药束的思想,建立了考察管状药束沿轴向的运动规律并能够描述火药气体沿轴向和径向的流动情况的内弹道模型,编制程序进行了数值模拟。通过计算结果与试验结果的对比分析,证明了建立的模型有效,得到了火药气体在轴向和径向的压力分布以及药束模块的运动轨迹,为平衡炮内弹道性能的深入研究提供了新的思路。     

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。     

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。     

多参数变化对埋头弹火炮内弹道性能的影响

为了给埋头弹内弹道设计提供理论依据,研究了埋头弹装填参数变化对内弹道过程的影响。基于两次点火及火药程序燃烧控制技术,开展了35mm埋头弹火炮内弹道性能试验,并建立埋头弹两次点火的内弹道理论模型,计算值与实测值吻合较好。在此基础上,分析了主装药装药量、弹丸质量、药室容积、火药力等参数变化对埋头弹火炮内弹道性能的影响,研究结果对指导埋头弹火炮内弹道设计有一定的参考价值。