基于液柱平衡体的单兵筒式武器内弹道研究

为了实现单兵筒式武器在有限空间内安全发射,设计了一种基于液柱平衡体的新型装药结构。根据该新型装药结构,开展了某口径筒式武器内弹道性能试验,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2种装药对内弹道性能的影响,研究结果可为基于液柱平衡体的新型筒式武器内弹道及装药结构设计提供理论指导。     

计及动态冲击挤进过程的埋头式弹药内弹道特性

为能够精确预测埋头式弹药的内弹道特性,了解埋头式弹丸动态冲击挤进过程中尼龙弹带的变形形态、失效模式及刻槽形成机理。利用LS-DYNA软件,建立计及挤进系统复杂结构和埋头式弹丸动态冲击特性的三维有限元模型,并进行模拟仿真。结合埋头式弹药两级点火和火药程序燃烧的新原理,进一步建立埋头式弹丸挤进过程初始内弹道与挤进完成后内弹道的一体化模型,并对比数值计算与试验测试结果。对比结果表明：弹带材料直接受膛线作用发生断裂失效模式主要以剪切失效为主,挤进过程分为初期依靠初始速度减速挤进与后期火药燃气推动加速挤进阶段,两阶段弹带材料受膛线挤压均产生大变形,相应的挤进阻力也较大,最终通过拟合得到了弹丸动态冲击挤进阻力表达式,并与内弹道方程耦合建立了埋头式弹丸内弹道一体化精确模型,该模型计算结果与试验吻合较好,验证了其准确性,为今后这种新型弹药的装药结构设计提供了有益的参考。     

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。     

固体脉冲推力器内弹道仿真与优化设计

为了研究固体脉冲推力器的内弹道特性以提高其性能,根据其不同阶段的工作特性,建立了考虑点火药燃烧的内弹道模型,对推进剂药柱数分别为13、16、19时的推力变化曲线进行了仿真研究,分析了点火药量对内弹道特性的影响。仿真与试验结果一致性较好,表明建立的脉冲推力器内弹道模型和仿真系统能较好地刻画其推力特性,点火药燃烧导致了较大的初始压力峰,在脉冲推力器的点火启动阶段必须考虑点火药燃烧对内弹道特性的影响。在此基础上建立了脉冲推力器的喷管结构优化模型,运用多岛遗传算法对喷管结构进行了优化,结果表明,合理的喷管设计提高了脉冲推力器的性能。     

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。     

身管武器时延式喷管减后坐动力学建模仿真

为了大幅度降低身管武器发射时的后坐力并使弹丸的初速基本保持不变,提出并设计了新型时延式喷管气流反推减后坐装置。通过适当延迟打开身管导气孔的时间,使膛内压力延时下降,从而使弹丸的初速近似保持不变;推导了新的变质量内弹道方程和变质量后效期气体运动方程,该组方程考虑了膛内火药气体与导气装置以及喷管气流反推装置的质量和能量输送;建立了时延式喷管气流反推减后坐装置数学模型并进行了仿真分析,得出了时延式喷管气流反推减后坐装置的某些结构参数对武器减后坐性能的影响规律。仿真结果表明：时延式喷管气流反推减后坐装置能够提供足够大的反后坐冲量,在有效降低身管武器发射后坐力的同时对初速的影响较小。     

起始条件形成反常膛压的初步研究

建立了计及挤进过程、阻力特征和阻燃装药的弹道解法，利用经典内弹道模型对火药的破碎、起动阻力变化等因素对膛内压力的反常影响进行了初步研究。     

低温感包覆火药装药的内弹道势平衡理论模拟

为了进一步研究低温感包覆火药装药的内弹道特征及其内弹道数值计算方法,运用内弹道势平衡理论,对制式装药和低温感包覆火药装药的势平衡点参数进行了比较。分析了低温感包覆火药装药势平衡点处燃去火药相对量ψE随装填密度变化的原因,并拟合了低温感包覆火药装药的实际燃气生成函数。在此基础上利用势平衡方程对内弹道过程进行了数值模拟。结果表明,计算曲线与实验曲线基本一致,应用内弹道势平衡理论描述低温感包覆火药装药的膛内燃烧规律可行。     

不同温度下无后坐炮内弹道过程多维随机变量数值模拟

为了精确设计身管强度、弹体强度和精细分析引信解除保险性能,在不同温度的情况下,在考虑药厚、火药力、药量、药室容积和弹丸质量随机性的基础上,应用蒙特卡洛方法和无后坐炮经典内弹道学模型,随机模拟了不同随机因素对内弹道性能的影响,得到了不同随机影响因素下的某无后坐炮内弹道膛压曲线轮廓,高温、低温、常温条件下最大膛压附近的膛压跳动最大值分别为14.088 8 MPa,5.660 3 MPa,7.749 8 MPa。该解算结果能较好地反映出膛内射击过程的变化规律,可用于精确设计身管强度、弹体强度和精确分析引信解除保险性能。     

以火药为能源的炮口式火炮动态后坐技术研究

在分析国内外以火药为能源的火炮动态后坐技术现状的基础上,设计了置于火炮炮口处的火炮动态后坐发生装置。以某型地面火炮为例,建立了该方法的内弹道计算模型,并进行了内弹道方程组的诸元解算,并以某型地面火炮炮身为研究对象,基于有限元仿真软件ABAQUS对火炮动态后坐过程中的火炮身管进行了有限元仿真,同时也进行了多次以火药为能源的火炮动态后坐试验。仿真和试验结果均证明,结构设计合理、可靠,满足火炮动态后坐性能检测要求。     

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。     

喷嘴型面对膏体火箭内弹道的影响

为研究燃面变化对膏体火箭发动机内弹道调节精度的影响,根据膏体火箭发动机的工作原理,分别推导了直圆管喷嘴和锥形扩张喷嘴型面下的膏体推进剂燃面方程,建立了膏体火箭发动机零维内弹道模型,分析了喷嘴型面对发动机内弹道性能的影响,并进行了直圆管喷嘴发动机试验.结果表明,直圆管喷嘴下计算的点火时间比试验结果短,但平衡时间及平衡压强与试验结果基本吻合,喷嘴型面变化对发动机平衡时间影响很大.     

弹药因素对5.8mm步枪射击精度影响的因素及试验研究

在内弹道方程组基础上,结合数学偏导方法,推导出内弹道修正系数的理论计算公式,以5.8 mm步枪为武器研究平台,计算5.8 mm步枪装药量、弧厚、弹头质量的修正系数。结果表明：对5.8 mm步枪初速及最大膛压影响程度大小依次为装药量、球扁药弧厚、弹头质量。装药量在靶场试验中具有较精确可控性,用统计分析法仅对得到的发射药尺寸及弹头质量对5.8 mm步枪初速影响数据进行显著性分析,分析显示发射药尺寸较弹头质量对初速影响更为敏感,与理论计算结果相一致。从而得出改进发射药尺寸偏差是提高5.8 mm步枪射击精度的有效方法。     

基于Pareto遗传算法的无后坐炮内弹道多目标优化设计

针对某中口径无后坐炮研制中的内弹道设计问题,将多目标优化的Pareto遗传算法与无后坐炮经典内弹道数学模型相结合,以最大膛压和初速作为优化设计的目标,对药室容积和发射药药量进行了多目标优化设计,提出了一种基于Pareto遗传算法的无后坐炮内弹道多目标优化方法。优化结果表明:所采用的Pareto遗传算法与内弹道相结合是可行的; 利用Pareto遗传算法,所得数个内弹道目标优化解以Pareto前沿面的形式给出,设计人员可根据需要从中选择无后坐炮内弹道的最优设计方案。     

某小型弹体发射系统低压发射室降压方案研究

针对某小型弹体发射系统低压发射室峰值压强过大的问题,以经典的内弹道理论为基础,根据系统设计参数及内弹道预估结果,分析了影响低压发射室峰值压强的主要因素,提出了降低峰值压强的3个主要方法:增大低压发射室初始自由容积、减小主装药初始燃面和增大喷管喉径。通过该方法低压发射室峰值压强从最初的0.96MPa降低到了0.58MPa,降低了约40%。最后通过试验验证了该方法的可行性及内弹道预估的可靠性,并根据预估结果设计出了满足技术指标要求的弹体发射系统。     

液体发射药迫击炮内弹道建模及性能分析

为了将液体发射药技术应用于迫击炮,针对液体药侧喷结构,在考虑迫击炮基本装药燃烧过程,并计及活塞气室气孔对燃气的节流作用的基础上,建立了再生式液体发射药迫击炮内弹道模型。数值模拟了液体发射药迫击炮内弹道过程,分析了活塞气室气孔、喷射启动压力、喷射孔面积、液体发射药装药量等结构参数对迫击炮内弹道性能的影响,结果表明:活塞气室导气孔面积、喷射孔面积对各腔室的压力及弹丸初速影响较大; 液体发射药装药量对初速提高有明显作用,通过匹配系统结构参数及装填条件,在不增大最大膛压的同时可有效提高初速。该文所建模型将为液体发射药迫击炮结构优化和样机研制提供理论参考。     

再生式液体发射药火炮结构和装填诸元变化对弹道性能影响的分析

本文应用再生式液体发射药火炮的经典内弹道数学模型,讨论面积比A_c/A_R、活塞质量M_p、喷射孔总面积A_D、喷射孔长度L_D及弹丸行程长I_g等结构诸元和装药质量M_D、装药性质及弹丸质量m_s等装填条件的变化对内弹道性能的影响。所得出的影响规律对火炮的再生喷注装置设计和装药设计有其指导意义。     

基于多层发射药内弹道模型的软件设计与实现

建立了多层发射药内弹道模型,并以该模型为基础,采用MATLAB程序语言进行软件开发,介绍了软件体系的结构和程序流程,并用模块化思想提高软件的可扩展性和重用性;利用编制的软件对多层发射药内弹道过程进行仿真模拟计算,并将模拟计算结果与30 mm口径火炮的内弹道性能实验结果进行对比;结果表明:采用本模拟计算软件所得计算结果与试验结果吻合,具有较好的一致性,为多层发射药的内弹道性能研究以及发射药装药设计提供理论参考依据。     

一种平衡抛射单兵反装甲武器发射装药低温发射安全性分析

发射膛炸的概率是评估武器使用安全性的重要性能指标。旨在研究某平衡抛射的单兵反装甲武器发射装药的发射安全性评估方法。分析了该武器系统的低温内弹道性能,建立了一种预测膛炸事故概率的方法,通过统计推断其低温最大膛压服从三参数Weibull分布,计算了其发射装药引起膛炸事故的概率。结果表明该武器发生膛炸概率较大,并通过改进消除了膛炸隐患。建立的膛炸概率预测方法可用于平衡抛射单兵反装甲武器、迫击炮、无坐力炮等武器的发射安全性分析。     

The Application of Erosive Burning to Propellant Charge Interior Ballistics

Erosive burning is a common burning phenomenon of the gunpowder with inner holes. The actual combustion law of the gunpowder with inner holes can be changed by erosive burning. Pressure difference between the inner and the outer of hole caused by loading density variation of the propellant charge makes erosive burning occur at inner holes during in-bore burning. The effect of erosive burning on burning speed of the propellant is studied by using the effects of flow rate, heat transfer and erosion of the combustion gas in inner holes on burlaing rate. The mathematic model of erosive burning of the propellant is established. The effects of the factors such as loading density, inner hole size and grain length on erosive burning and interior ballistic performance are analyzed . The method to improve the bore pressure for small charge mass and small firing range by erosive burning is proposed.