某大口径轻武器射流噪声的小波分析与数值模拟

针对某带膛口制退器的大口径轻武器射流噪声问题,在实验研究和数据分析基础上,对膛口噪声的气动特性进行探究。利用小波分析方法对实验测得的噪声数据进行分析,将膛口冲击波与膛口脉冲噪声的波形加以区分;采用计算流体力学与计算气动声学耦合算法对膛口噪声进行数值模拟,并将测点位置的噪声数值模拟结果与实验结果进行对比分析,验证该计算方法的可行性;分析了膛口制退器内的激波分布及带膛口装置的膛口噪声场指向性分布。研究结果表明：膛口噪声成分复杂,频带宽且声能较高,膛口制退器引起膛口周围流场的侧向分流,从而影响膛口噪声的指向性分布。     

机枪水下发射膛口燃气射流场分布特性的数值模拟

为了解机枪在水下发射环境中膛口燃气射流场的演化特性,建立了膛口燃气射流(含弹丸)在液体中扩展的两维两相流模型,借助Fluent软件,运用UDF和动网格技术,针对12.7 mm机枪在水中发射形成的膛口燃气射流场进行了数值模拟与分析。结果表明,在近水面发射条件下,燃气出膛口后,先迅速膨胀,形成一个射流膨胀区,温度与压力迅速降低。随后由于膛口燃气持续流入,受限于弹底边界和周围水的约束,形成一个压缩区,燃气温度与压力又快速上升。在弹丸出膛后0.12 ms,已经能清晰地观察到马赫盘结构,且马赫盘距膛口的位移随时间变化特性满足指数上升规律; 在10 m水深发射环境下,膨胀区的扩展受限于更大的水压,使膨胀区下游与气液界面附近的温度峰值与压力峰值偏大,且峰值所处位置向膛口方向移动; 马赫盘距膛口位移随时间变化较小。     

枪械设计中的膛口噪声预测计算方法

利用数学分析方法，在大量实验研究基础上给出了计算枪械膛口噪声的经验公式。     

含动边界的膛口流场数值模拟

膛口流场是一种非定常、多相并带有强激波间断和剧烈化学反应的复杂流场.采用基于局部网格重构法的非结构动网格技术处理弹丸运动造成的网格变化,给出一系列按时间顺序排列的膛口流场数值计算结果,描述了复杂的膛口流场形成发展过程,实现了含运动弹丸的膛口流场的数值模拟.结果表明,在弹丸射出初期弹丸在影响膛口流场的同时,也受膛口流场的影响,速度增加,弹丸穿出冲击波后,出现弹头激波,速度减小.计算结果与实验结果相符合,表明数值计算方法是合理可行的.     

含尾翼张开运动的膛口流场三维数值模拟

带尾翼稳定装置的弹丸,尾翼在张开过程中会受到膛口流场的强烈扰动,导致尾翼结构变形甚至损坏,致使弹丸不能正常飞行.因此有必要对含尾翼弹丸的膛口流场进行数值模拟分析.运用三维N-S方程结合FLUENT局部重构法,对弹丸飞出制退器以及尾翼张开过程的膛口流场进行数值模拟和分析;根据数值仿真结果分析了膛口流场对尾翼受力状况和运动状态的影响;所得结论对研究膛口气流流动,尾翼的结构设计及后效期有效张开具有一定参考意义.     

膛口装置附近流场的数值模拟

结合高精度Roe格式及自适应网格技术,对加装不同膛口装置的膛口流场进行了数值模拟,揭示了膛口不同条件下的流场波系结构。根据数值流场结果,分析了制退器降低火药燃气对膛底冲击以及减少后坐总冲量的机理,可为其改进设计提供参考。     

含运动边界的并联发射膛口流场数值模拟预测

对三管并联发射产生的含高速运动弹丸的膛口射流进行数值模拟计算,建立其数学物理模型,采用AUSM格式求解三维N-S方程,弹丸采用大位移运动边界的动网格技术处理,湍流模型采用Spalart-Allmaras模型。得到了含高速运动弹丸的膛口射流的结构和流动参数,预测了膛口射流与弹丸出膛口后的相互耦合作用。结果可为多管发射武器系统射击精度的预测提供必要依据。     

高温引起的弹头壳铜被甲材料性能变化对弹头膛内运动影响

为了研究高温下铜被甲弹头在膛内运动状况,通过高温拉伸试验得到枪管材料和弹头壳铜被甲材料的力学性能参数,建立了铜被甲弹头在全枪管中的挤进运动有限元模型。该模型考虑了枪管在重力作用下的预弯曲以及铜被甲材料在不同温度时的力学性能。通过数值模拟研究了弹头挤进过程以及弹头在膛内运动姿态,分析了铜被甲弹头在不同温度下的挤进阻力、材料流动及变形。计算结果表明,温度越高,弹头在膛内变形越大,前进阻力也越大,弹头头部铜被甲弯曲程度越厉害;对弹头运动姿态进行分析后发现,温度越高,弹头在膛内摆动角越大,说明了热枪状态下铜被甲弹头的射击精度会下降,射弹散布变大。     

一种新型膛口装置的多功能抑制机理分析

数值模拟了无膛口装置和含内插管扩张型抑制装置的膛口非定常流场，给出了与实验照片相符的膛口流场的宏观结构及其发展过程。定量分析了射流结构和膛口冲击波的时空特性，结果表明：内插管扩张型抑制装置大幅度地降低了射流结构中高温区的空间尺度、持续时间和温度，显著地减弱了冲击波在侧后向的强度和传播，减小了燃气的后坐动量，从而获得多种抑制效果。     

膛口冲击波的远场传播规律

本文利用高阶精度妁Godunov格式,数值模拟了膛口冲击波在远场的传播过程.计算结果显示膛口冲击波的动球心球形波特征,以及冲击波超压在传播过程中的指数衰减规律.     

考虑化学反应的大口径火炮炮口流场特性

大口径火炮由于其装药元件复杂,装药量较大,发射过程中产生炮口冲击波及炮口焰的问题较为严重,容易对人员或设备造成损伤.为研究炮口焰的生成等炮口流场特性,以某155 mm口径火炮为模拟仿真对象,针对射击过程中高速、高压、高温且与外界环境发生复杂的化学反应等特点,建立化学反应模型.同时,又考虑到弹丸射出过程中会与身管壁面产生...     

弹道枪水下全淹没式发射膛口流场演化特性的数值模拟研究

为了解弹道枪水下全淹没式发射膛口流场的演化特性,搭建水下射击实验平台,运用直接摄影法捕捉其膛口流场演变的全过程。实验发现：在弹头出膛前,弹前水柱已经在膛口空化产生水蒸汽;弹头出膛后,膛内燃气流出并与水蒸汽掺混,将弹头包裹;弹头远离膛口后,燃气射流继续膨胀,头部呈锥形;弹头表面不断空化产生水蒸汽,形成超空泡,同时在弹头尾部会留下细长的气柱。在实验基础上建立二维多相流模型,采用流体体积函数多相流模型和标准k-ε湍流模型,结合动网格及用户自定义函数技术,对实验工况进行数值模拟。结果表明：弹道枪水下全淹没式发射时,高度欠膨胀的火药燃气出膛口后,形成了包含两个瓶状激波的复杂波系结构;弹头出膛后,在膛口流场区域内不断加速,随着弹头远离膛口流场区域,弹头速度不断衰减。     

对手枪击发瞬间抖动现象的研究分析

通过模拟手枪空枪射击试验,采集模拟射击时垂直方向上高性能姿态测量数据,在深入统计、分析各种试验数据的基础之上,研究手枪在击发瞬间因用力不均和猛扣扳机产生的人枪系统垂直分量上的响应,并对比分析不同手枪、不同人员的试验数据,分析结果与实际现象基本符合,为提高手枪射击精度提供了一个新的研究方向,并为研发具有补偿机构的智能手枪提供了一定参考。     

手枪射击过程中射手动态响应特性测量与分析

为研究手枪单手立姿无依托连续射击过程中射手的响应特性,采用三维运动捕捉系统和足底压力测试系统,测量了连续射击过程人-枪的运动轨迹及其足底压力特性。试验结果表明：手枪连续射击过程中,手枪运动与足底受力/压力中心位置变化具有密切的关联性;对于立姿无依托射击,射手先后经历了被动响应阶段和主动响应阶段,对于54式手枪射击时射手进入主动响应阶段需要250 ms（标准偏差62.9 ms）;随着连续射击次数的增加,射手对身体平衡能力的控制降低,导致其控枪能力减弱。分析结果同时表明：采用该测试手段对射击响应特性研究是可行的,进一步揭示了手枪射击过程中射手的响应特性,对人-枪系统运动规律分析和人-枪系统动力学模型的建立,具有参考价值。     

复杂环境下手枪参数匹配仿真分析

复进楔紧不到位故障分析是手枪环境试验的重心;为准确分析复杂环境下手枪运动特性,利用 ADAMS 软件与三维建模软件 UG 相结合建立了手枪虚拟样机模型;对摩擦因数进行参数化,将仿真所得套筒速度与高速摄影所得实验结果相匹配,拟合不同环境下摩擦因数;然后建立不同环境下样机模型,基于该模型对不同环境下开闭锁可靠性进行了分析;结果表明：将数值仿真技术与传统实验技术相结合,考虑复杂环境的影响,进一步提高了仿真模型的可靠性,缩短了枪械研制周期。     

小口径步枪弹头后效期运动特性试验与数值研究

开展弹头在膛口流场运动特性的研究,在准确理解膛口气流对弹头作用以及提高武器射击精度方面都具有重要意义。以某发5.8 mm口径步枪弹为例,提出了结合高速摄影与阴影照相法,对弹头在膛口流场运动特性进行了试验研究。以试验测试膛压数据为依据,运用耦合内弹道的计算流体力学方法研究弹头在膛口流场中的受力和运动规律。试验结果表明,采用所设计的试验方案可以捕捉到后效期清晰的流场变化和弹头运动。数值计算研究发现：弹头在膛口流场中的运动并非全程加速,冠状气团和火药核心射流的作用是弹头速度变化的主要原因;在轴向力转变时刻,弹头底部仍存在弹底激波。     

枪口压力对水下发射膛口流场特性的影响

为了研究机枪水下发射枪口燃气喷射压力对膛口流场分布特性的影响,基于流体计算软件FLUENT,采用结构化网格并结合动网格技术,建立了水下枪膛口流场二维轴对称仿真模型,针对14.5 mm水下枪,分别采用30 MPa、45 MPa和60 MPa燃气喷射压力对水下密封式发射膛口流场进行了数值模拟。计算结果表明:3种枪口喷射压力条件下,火药燃气喷出膛口后都迅速形成射流膨胀区,膛口轴向压力急剧衰减,燃气扩展过程中受到水和弹丸的较大阻力,在弹后空间聚集,使得压力有不同程度的升高; 燃气喷射压力在30～60 MPa范围内,膛口马赫盘初步形成的时间略有不同,约在145～152 μs之间,压力越小时,马赫盘形成越早且弹丸越早脱离火药燃气的包围; 3种压力条件下马赫盘距离膛口中心位置随时间的变化都呈指数分布规律。