轻气发射装置内弹道性能数值仿真及优化设计

发布时间：2021-04-17 21:43

　　本文以二级轻气炮为工程研究背景,建立二级轻气炮的内弹道数学物理模型,并对其内弹道过程进行数值仿真和优化设计,主要研究内容如下:（1）根据二级轻气炮的发射特点,采用经典内弹道模型描述药室内火药燃烧状况和活塞运动,同时采用一维非定常可压缩流动模型描述轻气室内的气体流动状态和弹丸运动,并通过活塞的运动状态将两者耦合到一起,从而建立二级轻气炮发射过程的内弹道数学模型。（2）药室部分基本方程组选用四阶Runge-Kutta法数值求解,轻气室部分控制方程组选用二阶MacCormack格式数值求解,二者交替计算,从而实现对30mm/120mm二级轻气炮内弹道过程的数值仿真,仿真结果较好地验证了所建模型的合理性。（3）改变装药量、初始注气压力、活塞质量、弹丸质量、活塞起动压力以及弹丸起动压力等发射参数,分析不同发射参数的变化对二级轻气炮发射性能,尤其是对弹丸炮口初速的影响,为二级轻气炮的参数设计和发射性能的提高提供了理论依据。（4）在此基础上,在药室和轻气室最大压力限制的约束条件下,以弹丸最大炮口初速为目标函数,以火药装药量、初始注气压力和活塞质量作为设计变量,建立二级轻气炮的内弹道优化设计模型。采用... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究状况
        1.2.1 轻气炮国内外研究现状
        1.2.2 优化设计国内外研究现状
    1.3 本文主要工作
2 二级轻气炮内弹道过程
    2.1 引言
    2.2 二级轻气炮的炮膛结构
    2.3 二级轻气炮的工作原理和发射过程
    2.4 本章小结
3 二级轻气炮内弹道建模及数值仿真
    3.1 引言
    3.2 二级轻气炮药室部分内弹道模型
        3.2.1 数学模型
        3.2.2 药室内弹道模型数值计算方法
        3.2.3 药室内弹道模型的初边值条件
    3.3 二级轻气炮轻气室部分一维气动力模型
        3.3.1 数学模型
        3.3.2 一维气动力模型方程简化处理
        3.3.3 一维气动力模型数值计算方法
        3.3.4 一维气动力模型的初边值条件
        3.3.5 网格处理
        3.3.6 人工粘性项的加入
        3.3.7 截面滤波
    3.4 实验对比
    3.5 数值仿真结果及分析
    3.6 本章小结
4 不同因素对二级轻气炮发射性能的影响
    4.1 引言
    4.2 火药装药量
    4.3 泵管初始注气压力
    4.4 活塞质量
    4.5 弹丸质量
    4.6 活塞起动压力
    4.7 弹丸起动压力
    4.8 本章小结
5 基于遗传算法的二级轻气炮内弹道优化设计
    5.1 引言
    5.2 二级轻气炮内弹道优化设计模型
        5.2.1 建立优化设计数学方程组
        5.2.2 选取设计变量
        5.2.3 建立约束条件
        5.2.4 确定目标函数
    5.3 遗传算法简介
        5.3.1 遗传算法基本思想
        5.3.2 遗传算法基本要素
    5.4 实数编码遗传算法的实现流程
        5.4.1 编码及群体初始化
        5.4.2 群体适应度评价
        5.4.3 选择操作
        5.4.4 交叉操作
        5.4.5 变异操作
        5.4.6 算法终止判别
    5.5 基于遗传算法的二级轻气炮内弹道优化结果与分析
    5.6 本章小结
6 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]NASA二级轻气炮设备简介[J]. 王东方,肖伟科,庞宝君.  实验流体力学. 2014(04)
[2]二级轻气炮发射过程内弹道数值计算研究[J]. 黄洁,梁世昌,李海燕,柳森.  空气动力学学报. 2013(05)
[3]点火过程和初始条件对燃烧轻气炮内弹道性能的影响[J]. 邓飞,张相炎,刘宁.  爆炸与冲击. 2013(05)
[4]双束燃气射流与整装式液体装药相互作用的实验和数值模拟[J]. 薛晓春,余永刚,张琦.  兵工学报. 2013(06)
[5]燃烧轻气炮发射药成分对内弹道性能的影响分析[J]. 邓飞,刘宁,张相炎.  弹道学报. 2012(04)
[6]超高速正撞击溅射物实验与仿真研究[J]. 郑伟,庞宝君,彭科科,林敏,傅翔.  高压物理学报. 2012(06)
[7]超高速撞击实验的三级压缩气炮技术[J]. 林俊德,张向荣,朱玉荣,刘文祥.  爆炸与冲击. 2012(05)
[8]采用模式搜索法对轨道炮重要参数的优化设计[J]. 刘文,张海军,白象忠,张立功.  火炮发射与控制学报. 2012(03)
[9]混合装药内弹道性能优化及应用[J]. 李克婧,张小兵.  火炸药学报. 2011(06)
[10]高阶近似黎曼解模型在火炮内弹道两相流中的应用研究[J]. 程诚,张小兵.  兵工学报. 2011(10)

硕士论文
[1]三级轻气炮内弹道过程数值仿真与参数优化[D]. 肖元陆.南京理工大学 2014
[2]埋头弹火炮内弹道优化设计及数值模拟[D]. 李炜.南京理工大学 2013
[3]再生式液体炮内弹道优化设计及数值模拟[D]. 鞠晓滢.南京理工大学 2013
[4]二级轻气炮超高速撞击实验测控系统研究[D]. 邓云飞.哈尔滨工业大学 2008
[5]二级轻气炮内弹道仿真研究[D]. 冯福全.南京理工大学 2008
[6]二级轻气炮内弹道过程计算机仿真[D]. 刘海明.南京理工大学 2006
[7]25mm口径超高速发射器的内弹道性能分析与结构设计[D]. 平新红.国防科学技术大学 2005



本文编号：3144188