大口徑平衡炮內(nèi)彈道分散群模型理論研究與數(shù)值仿真.pdf

1、隨著平衡炮發(fā)射技術(shù)的不斷完善，其正朝著大口徑、高炮口動能、大裝藥量和高穩(wěn)定性方向不斷發(fā)展。為改善裝藥床的傳火通氣性，大口徑平衡炮一般采用管狀藥模塊化裝填的方式，這使得膛內(nèi)高溫高壓、高速瞬變的兩相流動及燃燒過程更為復(fù)雜。因此，大口徑平衡炮膛內(nèi)兩相流動的研究對解決大口徑平衡炮工程設(shè)計(jì)以及評價(jià)射擊安全性至關(guān)重要。本文結(jié)合某型號項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，完成了480mm平衡炮發(fā)射裝置的內(nèi)彈道裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并應(yīng)用試驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬等研究手段，對包括

2、點(diǎn)傳火過程在內(nèi)的大口徑平衡炮的整個(gè)內(nèi)彈道過程進(jìn)行了系統(tǒng)地深入研究，主要研究工作和成果如下:
　　(1)完成了480mm大口徑平衡炮發(fā)射裝置的內(nèi)彈道裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并通過了火炮射擊試驗(yàn)。試驗(yàn)驗(yàn)證了采用多點(diǎn)點(diǎn)傳火技術(shù)以及管狀藥模塊化裝填的大口徑平衡炮裝置安全可靠，內(nèi)彈道性能穩(wěn)定，滿足了火炮在預(yù)期膛壓范圍內(nèi)獲得有效炮口動能的要求。
　　(2)結(jié)合內(nèi)彈道兩相流相關(guān)理論知識，建立了大口徑平衡炮多點(diǎn)點(diǎn)傳火系統(tǒng)的兩相流計(jì)算模型。針對多節(jié)中心

3、點(diǎn)火管串聯(lián)同時(shí)點(diǎn)火的復(fù)雜性以及物理量分布的特殊性，建立了相應(yīng)的一維兩相流數(shù)學(xué)物理模型，采用MacCormark差分格式進(jìn)行數(shù)值求解，通過與試驗(yàn)結(jié)果對比，驗(yàn)證模型的正確性。進(jìn)一步分析點(diǎn)傳火管內(nèi)的壓力、氣固兩相速度以及空隙率等特征量的分布情況，揭示了點(diǎn)傳火管內(nèi)燃?xì)鈮毫ψ兓?guī)律以及燃?xì)饬鲃犹匦浴?br>　　(3)結(jié)合內(nèi)彈道學(xué)、燃燒學(xué)、氣體動力學(xué)等知識，在歐拉坐標(biāo)系中考察火藥氣體流動，在拉格朗日坐標(biāo)系中考察管狀藥束模塊運(yùn)動，建立了480mm平衡

4、炮膛內(nèi)一維兩相流分散群模型。采用MacCormark差分格式進(jìn)行數(shù)值求解，并耦合多點(diǎn)點(diǎn)傳火過程，得到了480mm平衡炮這種復(fù)雜裝藥結(jié)構(gòu)的內(nèi)彈道變化情況。通過計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對比，驗(yàn)證數(shù)值模型和方法的正確性、點(diǎn)傳火過程和膛內(nèi)過程耦合的合理性等。通過研究膛內(nèi)燃?xì)饬鲃右约盎鹚庍\(yùn)動情況，初步分析了大口徑平衡炮的內(nèi)彈道性能。
　　(4)針對大口徑平衡炮的裝藥特點(diǎn)，提出管狀火藥沿徑向線性排布的假設(shè)，延續(xù)在歐拉-拉格朗日坐標(biāo)系中進(jìn)行建模的思

5、想，建立了內(nèi)彈道兩維軸對稱分散群模型，探討了大口徑平衡炮膛內(nèi)能量沿軸向和徑向兩個(gè)方向上的釋放過程。通過數(shù)值仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對比，驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性，揭示了膛內(nèi)火藥氣體沿軸向和徑向的分布規(guī)律及能量傳播機(jī)理。
　　(5)通過改變裝藥模塊個(gè)數(shù)、模塊初始位置、管狀藥形狀等裝藥結(jié)構(gòu)參量，此外還設(shè)置了幾種點(diǎn)火頭失效的情況，利用已編制的計(jì)算機(jī)程序，系統(tǒng)研究了膛內(nèi)壓力、氣固兩相速度、彈丸初速等內(nèi)彈道性能參數(shù)對不同結(jié)構(gòu)參量的響應(yīng)機(jī)制，揭示了