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.     

串联双药室火炮经典内弹道模型及数值模拟

串联双药室火炮运用了一种新型发射原理,在膛压不高的情况下,可提高弹丸的初速,这对于现有火炮的改造具有广泛应用前景。该文建立了串联双药室火炮的经典内弹道模型,并进行了数值模拟,讨论了不同因素对内弹道性能的影响。计算结果表明,（１）装药质量比例对初速影响较大,有一个最佳值;（２）点火延迟也有一个最佳值,太大火药烧不完,太小起不到接力效果;（３）初速随活塞质量的变化是先增大而后减少。文末分析了串联双药室火炮的发展动向及应用前景     

火炮发射过程中装药损伤数值模拟研究

为研究火炮发射过程弹体内部装药的损伤响应,采用节点约束-分离模拟方法对TNT和PBX9501炸药装药进行数值模拟,计算不同发射速度下弹体内部装药的损伤及破坏,计算得到了TNT和PBX9501装药损伤的临界弹体初速以及加速度载荷,数值模拟结果与实验结果吻合较好. 研究结果表明,采用节点约束-分离方法可以较好地描述弹体发射过程中内部炸药装药的损伤响应.     

远射程发射装药与模块装药

该文论述155mm火炮装药系统。该装药采用了高增面性火药及其药型，低压力温度系数装药，以及提高小号装药压力的补偿装药等技术。这是一种高威力的发射装药系统(HPPCS)，它可以将45倍口径、23L药室的155mm火炮(45-23-155mm)初速提高到945～960m／s。HPPCS适用于39-18-155mm、45-23-155mm、52-23-155mm火炮系统。HPPCS有2种弹道方案可供选择：一个是用45-23-155mm火炮发射ERFB弹，将初速提高到945m／s，另一个方案是将初速提高到960m／s。这2种选择都用双模块装药和全等模块装药。射击试验和模拟计算结果显示，初速、最大压力、温度系数都与设计的一致。     

再生式液体发射药火炮点火和喷射模拟

由于再生式液体发射药火炮的结构复杂，故数值模拟对研究内弹道参数对系统的影响具有重要作用。该文在再生式液体发射药火炮点火、喷射实验基础上，对这一过程建立了数学物理模型，并进行了数值模拟，计算结果与实验结果吻合较好，研究结果对改善再生式液体发射药火炮内弹道循环具有指导意义和实用价值。     

用于发射超高速弹丸的浮动串联双药室技术

为使常规火炮发射1 kg弹丸的炮口速度在2 000 m/s以上,该文提出一种浮动串联双药室火炮发射技术。分析了该发射技术的工作原理和发射过程的4个不同阶段,建立了发射过程的经典内弹道模型,并进行了数值模拟,求解出采用该技术发射时各弹道参数的压力-时间和速度-时间变化规律,分析了双药室装药种类和装药量、药室间的破孔压力、弹丸启动压力对弹丸炮口速度的影响。研究结果表明,当第二药室装1.2 kg 5/7火药、药室间的破孔压力为100 MPa、弹丸的启动压力为180 MPa时,弹丸获得最大炮口速度2 547 m/s。     

火炮发射过程中装药响应数值模拟研究

为研究火炮发射过程弹体内部装药的响应,采用节点约束-分离模拟方法对PBX9501炸药装药进行损伤数值模拟,采用Visco-SCRAM模型进行点火数值模拟,计算分别得到了PBX9501装药损伤和点火的临界弹体初速. 研究结果表明,采用节点约束-分离方法可以较好地描述弹体发射过程中内部炸药装药的损伤响应, Visco-SCRAM模型和裂纹摩擦点火模型可以描述装药点火响应.     

基于多孔介质模型的火炮装药传热特性

在自行加榴炮的诸多战术指标之中,药温能够在很大程度上影响其发射初速及射程.以多孔介质传热模型为理论基础,建立火炮装药传热模型,利用有限容积法离散化处理所建立的数学模型,得到相应的差分计算格式,并对自行加榴炮的装药温度场进行模拟仿真.通过理论计算结果与试验测试数据的对比,表明所建的理论模型能够正确反映发射装药的温度变化规律,模拟结果具有一定的参考价值.     

高低压室平衡炮内弹道数值模拟及试验研究

针对高低压室平衡炮内弹道问题,提出了数值模拟与试验相结合的研究方法。首先探讨了针对平衡炮而设计的高低压室装药结构;利用经典内弹道理论与动量平衡原理建立了平衡炮发射过程的内弹道数理模型;分析了数值模拟和试验结果。试验验证了所建模型的合理性．为平衡炮的结构设计和装药设计提供了理论分析方法。     

基于侧装药结构的金属风暴武器内弹道机理分析

描述了侧装药金属风暴武器系统内弹道的物理过程,建立了内弹道数学模型,并以发射五发某枪弹为例进行了计算。计算结果表明：射击频率越高,相邻两发弹间的内弹道过程耦合现象越明显,用于克服弹前阻力做功和侧药室分流火药燃气所消耗的能量越多,在装药条件相同的情况下各发弹之间的内弹道一致性也越差。因此,必须对这种新结构金属风暴武器系统的内弹道进行优化设计,才能达到所需的战术指标。     

一种新型点火系统的膛内射击过程预测

该文根据一种新型点火系统的装药结构特点，建立两相流内弹道数理模型。通过数值模拟，预测该炮的内弹道性能。计算结果与试验结果的一致性较好，并且符合膛内射击过程的变化规律。数值模拟结果为深入分析该炮的内弹道循环过程提供了理论依据。     

爆燃动力装置内弹道多相流数值模拟

为揭示爆燃动力装置内弹道特征量在空间和时间上的变化规律,在考虑主装药和辅助装药共同作用的基础上,应用内弹道多相流数值模拟和内弹道测试试验相结合的方法开展研究。在建立爆燃动力装置物理模型的前提下,构建了爆燃动力装置混合装药内弹道多相流守恒方程及其辅助方程;采用CE/SE差分方法,对爆燃动力装置内弹道多相流数学模型进行求解,获得了爆燃动力装置起爆过程中内弹道特征量随时间的变化规律及其典型时刻的空间分布规律。开展的爆燃动力装置内弹道测试试验表明,数值模拟结果与试验结果吻合,验证了爆燃动力装置内弹道多相流数学模型的合理性和CE/SE差分解法的有效性。     

大口径榴弹炮多相流内弹道数值预报

根据大口径榴弹炮复杂装药结构的特点，将膛内流域分为４个区；燃气区、管状药区、基本药一状药区与附加药包粒状药区，每个区分别推导质量、劝量与能量守恒方程，建立了多相流内弹道模型，结合工程背景。，数值预报了弹丸运动加速度变化规律，为弹丸设计提供理论指导。与部分试验结果比较表明，数值结果与结果与试验结果一致性很好，预测结果是可靠的。数值给出内弹道循环过程详细结果，对于指导装药设计、身管设计都具有重要意义。     

埋头弹内弹道过程分段建模方法的研究

为了简化埋头弹的内弹道模型,将埋头弹内弹道过程分为两个阶段。结合经典内弹道和高等内弹道理论,并应用两相流体力学模型和计算流体动力学技术,分别建立了埋头弹传火管零维模型和身管内一维两相流模型,并利用MATLAB软件进行了数值模拟,获得了内弹道参数在弹后空间的分布情况,为分析埋头弹内弹道性能提供了一种新的建模方法,为埋头弹装药结构的修正和优化提供了理论指导。     

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.     

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。     

超高射频火炮射击实验及内弹道过程仿真

该文进行了超高射频火炮膛内串联排列的3发弹丸的射击实验，建立了膛内过程的经典内弹道模型，并进行了数值模拟。计算结果和实验结果很接近，表明该模型用于模拟超高射频火炮高频连发的膛内过程是可行的。利用该模型分析了射击频率对最大膛压和初速的影响，计算结果表明：超高射频火炮的射击频率应该有一上限，就是在上一发弹出炮口并且膛内压力下降到一定压力时再击发下一发弹，才能避免各弹丸之间的相互影响，使初速散布减小。     

埋头弹内弹道过程数值分析

为了给埋头弹火炮可燃导向管的材料选择和结构尺寸设计提供依据,该文研究了埋头弹在膛内的运动过程和药室中的流场变化规律.考虑到埋头弹火炮药室内具有显著的两维流动特性,该文应用两相流体力学理论和计算流体动力学技术,建立了药室内的非稳态轴对称两维多相流和身管内非稳态一维两相流相结合的模型,并进行了数值模拟.计算结果表明要使弹丸嵌入膛线之前导向管不发生破裂,导向管的强度应达到5 MPa以上.     

两相流内弹道应用软件系统的改进扩充和应用

该文介绍两相流内弹适应用软件系统的改进扩充和应用。改进和扩充后的软件系统，包含有由于火药颗粒挤压破碎引起的增燃作用和两截装药之间自由空间对内弹道过程的影响。给出的应用例子是４００ｍｍ短管坦克炮上发生的事故装药。数值计算与试验比较表明，理论与实验之间有较好的一致性。