底部排气弹减阻特性研究

发布时间：2020-07-29 09:39

【摘要】：本文以底部排气增程技术为工程背景,以国内某155mm低阻远程底部排气弹为研究对象,以减阻特性的设计原则得到最大的增程率和最小的射程散布为目标,分别建立了底排装置的内弹道模型、底排的减阻计算方程和底排弹的外弹道模型。研究分析了底排药柱燃速规律特性、底排工作不一致性对底排弹减阻特性的影响,并依据国内外飞行试验和风洞试验数据建立的经验半经验公式,实现底阻系数、底压比和减阻率的快速预测与仿真,为底排弹弹道计算和新型底排弹的总体设计提供可靠的参考。主要研究内容及成果如下:(1)在底排弹弹道计算模型的基础上,通过引入了燃速改变系数的概念和将底排药柱分为燃速不同的两层结构,建立了底排药柱燃烧的三种新模型,研究得到了底排弹在飞行过程中不同燃速燃烧的底排药柱、变燃速燃烧的包覆药柱和药柱包覆层位置的变化对减阻特性的影响,提出了改善底排弹减阻增程特性的新方法,且这种方法具有普遍适用性。(2)利用建立的底排弹弹道计算模型,采用控制变量法,分别研究了点火延迟时间、药柱质量偏差、底排工作环境及药柱初温等底排工作不一致性问题对底排弹减阻特性的影响,得到了平均单位点火延迟时间、药柱初始质量偏差、发射点海拔位置、药柱初温四种因素下的射程散布,为底排弹减小射程散布的研究提供了理论基础。(3)通过整理分析国内外飞行试验、风洞试验结果,总结了国内外的经验半经验公式,对底排弹底阻系数、底压比和减阻率进行了仿真计算。研究得到了底阻系数的工程计算结果及攻角对其的影响,并以减小散布为标准,分析对比了各底阻系数的计算方法;将底压比计算结果与文献中风洞试验数据作对比分析后证明了底压比计算模型具有一定的精度和适用性;对于底排减阻率计算得到的变化曲线,根据结果分析了其适用范围和主要考虑的因素,以及实际的弹道计算与射表编拟中所采用的方法,使工程中的快速预测和仿真计算变得方便。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ410
【图文】：

弹丸底部阻力的形成是由于转折气流的膨胀过程以及外流与底部区域气流的相互逡逑作用，产生了涡流与引射，从而在弹丸底部形成低压区。超音速飞行弹丸得底部流动状逡逑态如图２．２所示，自由弹丸底部的流动状态可分为自由流区、底部回流区和剪切层区。逡逑超音速自由来流经过弹丸，由于空气具有粘性，会在弹丸尾部形成一定厚度的边界层，逡逑其外部为理想气体，当边界层与外部理想气体流过弹底拐角处时一并向下转折膨胀，形逡逑成剪切层包围的区域，Ｅ域内气流速度很小，会发生气流的掺混和引射作用，使区域内逡逑的压力降低，并有低速运动气流形成的环流，称为底部回流区。由边界层发展而来的区逡逑域称为剪切层区，其是联结自由流区与底部回流区的过渡区，对底部回流区的状态有重逡逑大影响。因此，提高底压必须改变剪切层区的状态，分离流线越平直，喉部越拱起，底逡逑压越高底阻越小。逡逑底部排气的减阻机理就是由底排装置向底部低压区内排入低动量高温燃气，通过添逡逑质加能改变底部低压区的流动状态

３．２燃烧模型逡逑根据不同燃速底排药柱、变燃速燃烧的包覆药柱和药柱包覆层位置的变化三种情逡逑况，建立的三种模型药柱结构如图３．１所示。逡逑遍枈逡逑：＃邋一邋Ｚ：逦，逦：逦，逦？逡逑Ｉｎｔｅｒ邋Ｌａｙｅｒ逡逑＿邋■邋＿邋Ｉ邋Ｉ邋■邋Ｉ邋！｜邋Ｕ邋■逡逑Ｉ邋＿邋１邋Ｍ邋Ｍ邋＿逡逑ａ．邋Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ邋ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ逦ｂ．邋Ｖａｒｉａｂｌｅ邋ｂｕｒｎｉｎｇ邋ｒａｔｅ逦ｃ．邋Ｖａｒｉａｂｌｅ邋ｐｏｓｉｔｉｏｎ逡逑ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ逦ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ逡逑图３．１底排药柱截面逡逑为方便研究，针对三种不同底排药柱燃烧的模型，引入了燃速改变系数的概念，作逡逑出如下说明：逡逑（１）第一种模型是通用的底排药柱模型，燃速公式如式（３．１）：逡逑２２逡逑

了燃气的质量流率，排气参数也随着变化，进而改变了减阻率和阻力系数，最终影响到逡逑底排弹的射程和增程率。逡逑图３．２和图３．３分别为底排装置内压力和燃气质量流率随时间的变化曲线。从图３．２逡逑可以看出随着燃速改变系数的增加，压力初值升高，从0．７１８ａｔｍ上升到０．８８８ａｔｍ；压力逡逑随着药柱的燃烧呈现出下降的趋势，在减阻阶段最后基本重合，说明燃速对底排装置内逡逑压力初值的影响较大。从图３．３可以看出燃气质量流率的变化趋势与压力的变化趋势相逡逑似，但其随着燃速改变系数的增加，质量流率初值变化幅度更大，Ｊ为１．２时的质量流率逡逑初值是ｙ＿为０．７的１．９倍；随着时间的增加，质量流率在逐渐降低，在药柱燃尽前基本重逡逑合。逡逑１．０］逦逡逑逦０．７逡逑‘．，邋逦０．８逡逑０．８－Ａ逦邋0．９逡逑

本文编号：2773783