电热化学轻气炮及其内弹道模型

该文从分析影响超高速火炮初速的理想工质入手,根据国外超高速发射技术的最新实验研究成果,介绍一种吸收电热化学炮、轻气炮优点的新型火炮装置———电热化学轻气炮。由于该炮在电热化学炮的基础上加入轻质气体这一理想工质,因而能大大改善弹丸后部的压力分布,提高火炮弹丸的初速。该文以内弹道学原理为理论基础,介绍了这种新型火炮装置的工作原理,并建立了其内弹道物理数学模型,为这种超高速射弹装置的设计和实际应用提供了理论依据。     

油层爆燃压裂造缝加载模型

油层爆燃造缝加载模型是油层爆燃压裂造缝动态模拟模型研究的基础.基于固体药柱燃烧分析、燃烧速度方程、质量守恒方程和能量守恒方程,建立药柱爆燃加载过程的燃烧速度、爆燃压力、爆燃温度随时间变化的计算模型,并分析其影响因素及影响规律.结果表明:药柱爆燃后压力、温度均迅速上升,达到峰值压力和峰值温度所用时间为毫秒级;在其他条件相同的情况下,装药壁厚增大,峰值压力和峰值温度不变,升压速率和升温速率减小;装药量增加,峰值压力、峰值温度、升压速率、升温速率均增大;初始压力增大,峰值压力增大,峰值温度减小,升压速率和升温速率不变;初始体积增加,峰值压力、峰值温度、升压速率、升温速率均减小.     

低热值气体燃料层流燃烧特性

在定容燃烧弹中开展了当量比、燃料组分、初始压力对低热值气体燃料层流燃烧特性影响的试验研究,建立了准维双区模型,基于在定容弹内实测的压力曲线,计算了规范化质量燃烧率.研究结果表明:燃料中氮气比例的增加导致压力峰值降低,火焰发展期和燃烧持续期增长;化学计量比附近的燃料燃烧进行的较充分,压力峰值最高,火焰传播速率最快,燃烧持续时间短;初始压力的增加使质量燃烧率下降,燃烧持续期有所延长.     

弹丸发射内弹道方程嵌入LS-DYNA数值模拟研究

为更好地分析弹丸发射内弹道过程,通过对LS-DYNA进行二次开发,将弹丸发射经典内弹道模型及火药气体状态方程引入有限元计算,并采用Lagrange方法对某弹丸发射内弹道全过程进行了数值仿真,成功模拟了火炮发射时火药燃烧推进弹丸运动的力学过程. 仿真结果表明：数值模拟获得的弹丸速度、弹后气体压力、弹丸过载曲线与经典内弹道计算结果一致性很好,同时数值模拟解决了经典内弹道无法获得弹丸具体受力情况和动态下的强度等问题.     

电热化学发射技术的研究进展--弹道国防科技重点实验室新概念研究10年

介绍弹道国防科技重点实验室10年来在电热化学(ETC)发射技术领域的研究进展。涉及技术基础(脉冲电源、成形网络PFN、测控技术)、原理研究(等离子体发生器及等离子体与含能工质相互作用机理、模拟方法)和系统集成等方面的研究结果，预示了电热发射技术的应用前景。     

固体工质电热化学炮膛内两相流模型与计算

该文建立了固体工质电热化学炮（SPETCG）内弹道一维两相流模型。对常规火炮两相流模型的主要改进包括：在初期点火阶段,建立了描述等离子体射流分布的积分近似数学模型;在燃烧阶段,引入了描述等离子体射流的混合长度模型和燃烧增强因子。并且考虑了高温等离子体环境对相间换热的强化效应。根据SPETCG环境中等离子体射流注入特点,在计算网格设计中引入了自适应方法。通过与常规弹道作比较,指出了SPETCG内弹道过程与常规弹道不同的特点,为SPETCG的弹道设计提供了理论依据。     

初始压力对氢气燃烧影响的试验分析

构建了氢气燃烧试验回路,获得了氢气在不同初始压力下燃烧的温度、压力以及燃尽率等试验数据.通过计算不同位置热电偶温度曲线变化率极值与时间的关系,获取了氢气火焰传播速度,研究了不同初始压力对氢气燃烧火焰传播速度、最高燃烧温度、峰值压力以及氢气燃尽率的影响.结果表明:在氢气体积分数较低时,随着初始压力的升高,火焰传播速度随之升高,燃烧过程中的最高温度随初始压力的增加而逐渐减小;在氢气体积分数较高时,随着初始压力的升高,火焰传播速度略有降低,燃烧过程中的最高温度随初始压力的增加而增加,但是初始压力对燃烧过程中的最高温度的影响并不明显,峰值压力随初始压力的升高而升高,初始压力对氢气燃尽率没有影响.     

中介尺度活塞式内燃机氢氧燃烧过程的数值模拟

中介尺度条件下的氢氧预混燃烧,其燃烧速率主要由化学反应速度决定。于是采用层流有限速率模型,运用详细氢氧19步基元反应化学动力学机理和动态网格数值方法,对中介尺度准气体动力循环活塞式热力发动机超高燃烧负荷率氢氧预混燃烧过程进行了模拟。研究表明:中介尺度移动边界微小封闭空间的氢氧预混燃烧具有稳定性;采用表面炽热点火形式的中介尺度准气体动力循环的活塞式内燃机,能够实现工质高温吸热、内能增加和对外做功的完整热力学过程;而循环周期、初始压力、相对燃空比等运行参数对移动边界微小封闭空间的氢氧燃烧过程具有复杂的影响。     

沸腾液体扩展蒸汽爆炸初期演化过程的数值模拟

对沸腾液体扩展蒸汽爆炸发生初期,容器顶部突然出现开口,压力快速泄放导致容器内介质过热沸腾的过程进行了模拟研究。选取过热水及饱和水蒸气为容器内介质,分析了该过程中气液两相的变化过程。探讨了初始温度（初始压力）、初始充装量及开口大小等因素对前述物理过程及容器内压力、温度的影响。结果表明：容器内过热沸腾的过程中,温度逐渐下降,压力响应会出现两次压力峰和一个压力平台期,两个压力峰值都会随初始温度的增加而增加,压力平台持续时间随初始温度先增大后减小;第一个压力峰值随初始充装量的增加先增大后减小,第二个压力峰值则随初始充装量的增加而增大,压力平台的持续时间和液体充装量成正比关系;开口越大两个压力峰值也越大,压力平台持续时间越短。     

基于Matlab的微型发动机燃烧过程仿真建模

为研究微型HCCI自由活塞发动机的工作性能,应用Matlab软件对其单次冲击的燃烧过程进行仿真建模,分别建立考虑传热、漏气的零维总包化学动力学模型和理想气体模型,并将仿真计算结果与试验结果进行比较.运用传热漏气模型对微型HCCI自由活塞发动机不同初始速度下的燃烧特性进行模拟,得到自由活塞初始速度对工作压力、温度、活塞运行位置的变化规律的影响以及不同初始速度下自由活塞的运动特性.结果表明气体泄漏和传热对燃烧过程影响较大,考虑传热漏气模型的微燃烧模拟结果与试验数据吻合较好,为微动力装置的性能评价和设计提供理论依据.     

RLPG再生喷射燃烧过程的全模拟

利用建立的再生式液体药火炮（ＲＬＰＧ）中再生喷射燃烧过程的多维多相流数学模型，以３７ｍｍＲＬＰＧ为对象，对其再生喷射燃烧过程进行了全模拟，揭示了过程中各物理量的时空分布特征。结果表明：（１）整个液体喷射过程期间，燃烧人存在连续的液注形态。液体药的燃烧主要发生在燃烧室和身管入口区区域。（２）身管入口节流对燃气流速加压力的时空分布产生重要影响。身管中段的燃气流速和压力沿轴向成线性分布。（３）燃烧室和身     

膛内弹上气室气流模型

在等熵流和准定常流假设条件下，采用集总参量法，建立了弹后高压火药气体通过小孔在弹体内气室与弹后空间之间流动的气体参数理论计算模型。理论模型与实验数据有良好一致性。理论研究表明，在发射过程中，膛内弹上气室压力能够达到弹后气体最大压力值，气室终止压力也存在最大值。气室工作压力可以在不大于弹后气体压力范围内改变。     

膛内燃烧与力学环境物理仿真技术研究

该文研制了发射装药膛内燃烧与力学物理环境仿真装置及其测试系统。用“探棒”测试获得了径向不同位置火药气体压力，解决了药室内同截面不同径向压力测试问题，用光纤测试获得了火焰膛内的传播过程，用弹底压力传感器获得了弹底药床被点燃前药床所处力学环境。多次试验再现并测试获得了膛内燃烧与力学环境。为发射药床膛内燃烧与力学环境和发射装药发射安全性定量研究提供了新方法。     

非稳态等离子体射流在液体中的膨胀特性

该文采用数字高速摄影测试技术对电弧等离子体射流在液体中膨胀特性、泰勒空腔发展过程进行了实验研究。通过对录像图片的分析，初步获得了放电能量及喷嘴结构对等离子体射流结构特征和泰勒空腔在轴向和径向的发展过程的影响。测得的泰勒空腔头部发展速度与前人的实验结果相同，但在射流结构上有新的发现，相间界面存在明显的冷却暗区，泰勒空腔有时出现间断。     

火炮点火初期膛内火药床运动规律研究

利用连续三幅脉冲Ｘ光摄影技术，获得了３０ｍｍ玻璃钢火炮膛内早期点火阶段药床运动状况的阴影照片和示踪药粒沿药室轴向的运动速度。结果表明，火药床的运动规律与点火结构密切相关，均匀的中心传火管点火形式可以明显减弱火药床在弹底的堆积，对压力波起了抑制作用。     

大口径高速平衡炮发射安全性分析

203mm口径的平衡炮要求将90kg的弹丸发射至960m/s以上的初速,这对装药结构提出了很高的要求,其安全性是影响大口径高速平衡炮研制成功与否的根本性问题.建立了平衡炮管状药一维两相流内弹道数学物理模型,并针对平衡炮大药量、长装药、厚弧厚的装药要求或特点,进行了几种不同点火、传火和分段装药条件下膛内发射流场的状态分布特征模拟,分析结果表明,由于装药结构合理,使得整个药床点火比较均匀,减缓了火药床的挤压和堆积,满足了安全性能设计要求.文中建立的内弹道模型适用于其他口径的平衡炮,可以指导大药室、管状药特别是分段装填情况下的装药设计.     

初容室容积对燃气弹射载荷与内弹道性能影响

为研究初容室容积变化对燃气弹射载荷与内弹道性能的影响,建立了含二次燃烧和尾罩运动边界的二维轴对称数值模型。在实验数据验证模型可靠性的基础上,研究了初容室容积变化导致流场结构和二次燃烧核心区域改变的机理,分析了弹射过程中影响建压的主导因素,得到了不同初容室容积下的流场、载荷和内弹道性能规律。结果表明:随着初容室高度的增加,燃气射流反射点由筒底转移至筒壁面,二次燃烧核心区域由发射筒上部转移至下部;对于弹底初始冲击压力峰值,容积因素占据主导,对于二次压力峰值,总压因素占据主导;导弹加速度峰值和出筒速度先减小后增加,出筒时间先变长后变短。实验装置初容室高度增加100mm,为最优内弹道设计方案。     

再生式液体发射药火炮内弹道的拉格朗日问题

再生式液体发射药火炮在内弹道循环中,膛内除弹丸运动外,还存在活塞压缩液体燃料的运动。根据拉格朗日假设,给出有活塞运动条件下弹后空间混合流体的速度分布和压力分布。并建立起膛内平均压力、弹底压力和活塞前端面压力之间的关系式。这些关系式具有拉格朗日解的一般特性。     

典型非圆形入口自激抖动射流燃烧器的研究

通过数值模拟与燃烧实验对三种典型的非圆形入口突扩腔体自激抖动射流燃烧器的流动与燃烧特性进行研究,结果表明:自激抖动射流燃烧器相对于普通直流射流燃烧器的火焰具有更高的扩散率和卷吸率;相对于菱形和王字形突扩腔体自激抖动射流,三角形突扩腔体射流混合最快且湍流强度更大,燃烧室内温度分布均匀性也最好,说明在腔体入口面积一定的情况下,燃烧特性(湍动能、火焰长度、温度场等)与腔体入口截面周长之间不存在简单的单调函数关系.