四级渐扩型BLPG内弹道特性实验研究及数值模拟
发布时间：2021-10-08 09:13
以整装式液体发射药火炮（BLPG）为研究背景,设计了一种小口径四级渐扩型整装式液体发射药燃烧推进模拟装置,实验测得该装置药室内部的p-t曲线。在经典的液体炮内弹道数理模型基础上,构建了一种全新的四级渐扩型整装式液体发射药火炮三阶段内弹道模型,并得到了数值模拟结果。结果表明:药室内燃烧压力与时间的模拟值与实测值吻合较好,计算模型合理,可用于指导渐扩型整装式液体发射药火炮的内弹道设计。采用渐扩型的药室结构可以促进燃烧稳定性。
【文章来源】：弹道学报. 2020,32(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
实验装置实物图
本实验采用小口径四级渐扩型整装式液体发射药燃烧推进模拟装置,每一级的长度为15 mm,第一级直径为5 mm,以后每级直径递增3 mm,燃烧室总的容积为4.783 cm3。实验采用电点火,在一个密闭容器中放置一个点火药包,药包为硝化棉和2/1固体管状药的混合物,药包中插入电阻丝,点火气流喷射孔直径为2.5 mm。在相同实验条件(装填密度均为0.848 g/cm3)下进行2次实验,利用区截装置采用测平均速度的方法测量弹丸初速,两次测得的数值分别为1 339.1 m/s和1 319.9 m/s。采用江西传感器厂生产的OPT型石英压力传感器测量膛内压力,测得两发药室内的p-t曲线,如图2所示。两发测得的最大膛压分别为227.429 MPa和226.893 MPa。由图2可知:两条曲线的吻合度较高,这表明采用四级渐扩型的液体炮燃烧室可以抑制燃烧过程的不稳定性。渐扩型药室的台阶能够诱导射流沿径向扩展,促使轴向湍流度降低,部分转向径向湍流度,径向湍流度增大。同时,采用与泰勒空腔发展相适应的四级渐扩型的燃烧室结构尺寸,可以利用阶梯拐角处的卷吸效应与回流有效地减少反应盲区,使燃烧反应区发展平稳。所以,采用本实验设计的四级渐扩型燃烧室结构可以减弱泰勒空腔与赫姆霍兹不稳定效应的正反馈机制,抑制了燃烧反应的随机性,得到一致性较好的p-t曲线。
初始Taylor空腔为半球形,因为空腔在弹丸启动之前为半球状发展,当半径增大至与该级渐扩药室半径相同时,半球空腔因受到壁面的限制而呈圆柱状向前扩展,前端仍保持半球状。到达阶梯处则沿阶梯继续扩展半球形前端。空腔到达药室最前端处,圆柱部继续向前扩展,而半球形则变为缺少圆缺的半球形,最终填满整个药室。Taylor空腔在此阶段发展趋势如图3所示。各阶段的相关方程如下:
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆柱型边界条件下多股燃气射流扩展形态的数值模拟[J]. 陈璐,薛晓春. 弹道学报. 2019(02)
[2]边界形状对4股燃气射流扩展稳定性影响的数值模拟[J]. 冯博声,薛晓春. 兵工学报. 2018(09)
[3]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)
[4]高压燃气射流在整装液体中扩展过程的实验和数值模拟[J]. 莽珊珊,余永刚. 爆炸与冲击. 2011(03)
[5]整装式含能液体燃烧推进实验研究及数值模拟[J]. 余永刚,昌学霞,周彦煌,莽珊珊. 工程热物理学报. 2008(03)
[6]含能气体射流在液体工质中扩展过程的简化模型[J]. 齐丽婷,余永刚,彭志国. 火炮发射与控制学报. 2008(01)
[7]浅析美军炮兵新概念武器系统[J]. 陈松海,周东晓. 国防科技. 2006(02)
[8]整装式液体发射药火炮燃烧稳定性控制的研究进展[J]. 齐丽婷,余永刚. 火炮发射与控制学报. 2005(04)
[9]含能液体高压燃速的测量装置与试验结果[J]. 余永刚,周彦煌,刘东尧,陆欣. 燃烧科学与技术. 2004(01)
[10]国外枪炮发射药技术发展概况[J]. 王琼林. 火炸药学报. 1998(04)
硕士论文
[1]整装式液体发射药燃烧推进实验及数值计算[D]. 昌学霞.南京理工大学 2007
[2]含能液体喷射雾化特性的实验与理论研究[D]. 刘俊.南京理工大学 2003
本文编号：3423866
【文章来源】：弹道学报. 2020,32(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
实验装置实物图
本实验采用小口径四级渐扩型整装式液体发射药燃烧推进模拟装置,每一级的长度为15 mm,第一级直径为5 mm,以后每级直径递增3 mm,燃烧室总的容积为4.783 cm3。实验采用电点火,在一个密闭容器中放置一个点火药包,药包为硝化棉和2/1固体管状药的混合物,药包中插入电阻丝,点火气流喷射孔直径为2.5 mm。在相同实验条件(装填密度均为0.848 g/cm3)下进行2次实验,利用区截装置采用测平均速度的方法测量弹丸初速,两次测得的数值分别为1 339.1 m/s和1 319.9 m/s。采用江西传感器厂生产的OPT型石英压力传感器测量膛内压力,测得两发药室内的p-t曲线,如图2所示。两发测得的最大膛压分别为227.429 MPa和226.893 MPa。由图2可知:两条曲线的吻合度较高,这表明采用四级渐扩型的液体炮燃烧室可以抑制燃烧过程的不稳定性。渐扩型药室的台阶能够诱导射流沿径向扩展,促使轴向湍流度降低,部分转向径向湍流度,径向湍流度增大。同时,采用与泰勒空腔发展相适应的四级渐扩型的燃烧室结构尺寸,可以利用阶梯拐角处的卷吸效应与回流有效地减少反应盲区,使燃烧反应区发展平稳。所以,采用本实验设计的四级渐扩型燃烧室结构可以减弱泰勒空腔与赫姆霍兹不稳定效应的正反馈机制,抑制了燃烧反应的随机性,得到一致性较好的p-t曲线。
初始Taylor空腔为半球形,因为空腔在弹丸启动之前为半球状发展,当半径增大至与该级渐扩药室半径相同时,半球空腔因受到壁面的限制而呈圆柱状向前扩展,前端仍保持半球状。到达阶梯处则沿阶梯继续扩展半球形前端。空腔到达药室最前端处,圆柱部继续向前扩展,而半球形则变为缺少圆缺的半球形,最终填满整个药室。Taylor空腔在此阶段发展趋势如图3所示。各阶段的相关方程如下:
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆柱型边界条件下多股燃气射流扩展形态的数值模拟[J]. 陈璐,薛晓春. 弹道学报. 2019(02)
[2]边界形状对4股燃气射流扩展稳定性影响的数值模拟[J]. 冯博声,薛晓春. 兵工学报. 2018(09)
[3]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)
[4]高压燃气射流在整装液体中扩展过程的实验和数值模拟[J]. 莽珊珊,余永刚. 爆炸与冲击. 2011(03)
[5]整装式含能液体燃烧推进实验研究及数值模拟[J]. 余永刚,昌学霞,周彦煌,莽珊珊. 工程热物理学报. 2008(03)
[6]含能气体射流在液体工质中扩展过程的简化模型[J]. 齐丽婷,余永刚,彭志国. 火炮发射与控制学报. 2008(01)
[7]浅析美军炮兵新概念武器系统[J]. 陈松海,周东晓. 国防科技. 2006(02)
[8]整装式液体发射药火炮燃烧稳定性控制的研究进展[J]. 齐丽婷,余永刚. 火炮发射与控制学报. 2005(04)
[9]含能液体高压燃速的测量装置与试验结果[J]. 余永刚,周彦煌,刘东尧,陆欣. 燃烧科学与技术. 2004(01)
[10]国外枪炮发射药技术发展概况[J]. 王琼林. 火炸药学报. 1998(04)
硕士论文
[1]整装式液体发射药燃烧推进实验及数值计算[D]. 昌学霞.南京理工大学 2007
[2]含能液体喷射雾化特性的实验与理论研究[D]. 刘俊.南京理工大学 2003
本文编号：3423866
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