大口徑平衡炮內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，這使得膛內高溫高壓、高速瞬變的兩相流動及燃燒過程更為復雜。因此，大口徑平衡炮膛內兩相流動的研究對解決大口徑平衡炮工程設計以及評價射擊安全性至關重要。本文結合某型號項目設計要求，完成了480mm平衡炮發(fā)射裝置的內彈道裝藥結構設計，并應用試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬等研究手段，對包括

2、點傳火過程在內的大口徑平衡炮的整個內彈道過程進行了系統(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)射裝置的內彈道裝藥結構設計，并通過了火炮射擊試驗。試驗驗證了采用多點點傳火技術以及管狀藥模塊化裝填的大口徑平衡炮裝置安全可靠，內彈道性能穩(wěn)定，滿足了火炮在預期膛壓范圍內獲得有效炮口動能的要求。
　　(2)結合內彈道兩相流相關理論知識，建立了大口徑平衡炮多點點傳火系統(tǒng)的兩相流計算模型。針對多節(jié)中心

3、點火管串聯(lián)同時點火的復雜性以及物理量分布的特殊性，建立了相應的一維兩相流數(shù)學物理模型，采用MacCormark差分格式進行數(shù)值求解，通過與試驗結果對比，驗證模型的正確性。進一步分析點傳火管內的壓力、氣固兩相速度以及空隙率等特征量的分布情況，揭示了點傳火管內燃氣壓力變化規(guī)律以及燃氣流動特性。
　　(3)結合內彈道學、燃燒學、氣體動力學等知識，在歐拉坐標系中考察火藥氣體流動，在拉格朗日坐標系中考察管狀藥束模塊運動，建立了480mm平衡

4、炮膛內一維兩相流分散群模型。采用MacCormark差分格式進行數(shù)值求解，并耦合多點點傳火過程，得到了480mm平衡炮這種復雜裝藥結構的內彈道變化情況。通過計算結果與試驗結果的對比，驗證數(shù)值模型和方法的正確性、點傳火過程和膛內過程耦合的合理性等。通過研究膛內燃氣流動以及火藥運動情況，初步分析了大口徑平衡炮的內彈道性能。
　　(4)針對大口徑平衡炮的裝藥特點，提出管狀火藥沿徑向線性排布的假設，延續(xù)在歐拉-拉格朗日坐標系中進行建模的思

5、想，建立了內彈道兩維軸對稱分散群模型，探討了大口徑平衡炮膛內能量沿軸向和徑向兩個方向上的釋放過程。通過數(shù)值仿真結果與試驗結果的對比，驗證了數(shù)學模型的正確性，揭示了膛內火藥氣體沿軸向和徑向的分布規(guī)律及能量傳播機理。
　　(5)通過改變裝藥模塊個數(shù)、模塊初始位置、管狀藥形狀等裝藥結構參量，此外還設置了幾種點火頭失效的情況，利用已編制的計算機程序，系統(tǒng)研究了膛內壓力、氣固兩相速度、彈丸初速等內彈道性能參數(shù)對不同結構參量的響應機制，揭示了