大口径平衡炮内弹道分散群模型理论研究与数值仿真.pdf

Y3378454分类号_ UDCt t，密级.O而堂耀2大学NANJING UNIVERSITY OF SCIENCE&TECHNOLOGY博士学位论文大口径平衡炮内弹道分散群模型理论研究与数值仿真（题名和副题名）蒋淑园（作者姓名）指导教师姓名_王浩 教授_学位类别_工学博士_学科名称_兵器发射理论与技术_研究方向_现代发射理论与技术_论文提交时间_注1：注明国际十进分类法UDC的类号。万方数据!Y3378454._-博士学位论文大口径平衡炮内弹道分散群模型理论研究 及数值仿真作 者：蒋淑园指导教师：王浩教授南京理工大学2017年1月万方数据Ph.D.Dissert at io nResearch and Simulation of the Discrete Model of the Large Caliber and High Speed Davis GunBy Shuyuan JiangSupervised by Prof.Hao WangNanjing Universit y o f Science&Techno lo gyJanuary,2017万方数据声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本 学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或 公布过的研窕成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文 中作了明确的说明。研究生签名：或整回_ 年千月2口学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或 上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并 授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密 论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：麻就回加T年十月月日万方数据博士学位论文大口径平衡炮内弹道分散群模型理论研究与数值仿真摘 要随着平衡炮发射技术的不断完善，其正朝着大口径、高炮口动能、大装药量和高 稳定性方向不断发展。为改善装药床的传火通气性，大口径平衡炮一般采用管状药模块 化装填的方式，这使得膛内高温高压、高速瞬变的两相流动及燃烧过程更为复杂。因此，大口径平衡炮膛内两相流动的研究对解决大口径平衡炮工程设计以及评价射击安全性 至关重要。本文结合某型号项目设计要求，完成了 480mm平衡炮发射装置的内弹道装 药结构设计，并应用试验研究、理论分析和数值模拟等研究手段，对包括点传火过程在 内的大口径平衡炮的整个内弹道过程进行了系统地深入研究，主要研究工作和成果如下:（1）完成了 480mm大口径平衡炮发射装置的内弹道装药结构设计，并通过了火炮 射击试验。试验验证了采用多点点传火技术以及管状药模块化装填的大口径平衡炮装置 安全可靠，内弹道性能稳定，满足了火炮在预期膛压范围内获得有效炮口动能的要求。（2）结合内弹道两相流相关理论知识，建立了大口径平衡炮多点点传火系统的两 相流计算模型.针对多节中心点火管串联同时点火的复杂性以及物理量分布的特殊性，建立了相应的一维两相流数学物理模型，采用MacCo rmark差分格式进行数值求解，通 过与试验结果对比，验证模型的正确性。进一步分析点传火管内的压力、气固两相速度 以及空隙率等特征量的分布情况，揭示了点传火管内燃气压力变化规律以及燃气流动特 性。（3）结合内弹道学、燃烧学、气体动力学等知识，在欧拉坐标系中考察火药气体 流动，在拉格朗日坐标系中考察管状药束模块运动，建立了 480mm平衡炮膛内一维两 相流分散群模型。采用MacCo rmark差分格式进行数值求解，并耦合多点点传火过程，得到了 480mm平衡炮这种复杂装药结构的内弹道变化情况。通过计算结果与试验结果 的对比，验证数值模型和方法的正确性、点传火过程和膛内过程耦合的合理性等。通过 研究膛内燃气流动以及火药运动情况，初步分析了大口径平衡炮的内弹道性能。（4）针对大口径平衡炮的装药特点，提出管状火药沿径向线性排布的假设，延续 在欧拉-拉格朗日坐标系中进行建模的思想，建立了内弹道两维轴对称分散群模型，探 讨了大口径平衡炮膛内能量沿轴向和径向两个方向上的释放过程。通过数值仿真结果与 试验结果的对比，验证了数学模型的正确性，揭示了膛内火药气体沿轴向和径向的分布 规律及能量传播机理。（5）通过改变装药模块个数、模块初始位置、管状药形状等装药结构参量，此外 还设置了几种点火头失效的情况，利用己编制的计算机程序，系统研究了膛内压力、气 固两相速度、弹丸初速等内弹道性能参数对不同结构参量的响应机制，揭示了点传火性 能对大口径平衡炮膛内能量释放过程的影响机理，并提出了控制和改善大口径平衡炮内 万方数据摘要博士学位论文弹道性能的有效措施.本文的研究不仅为大口径平衡炮内弹道过程的研究提供实验和理论方法，也为同类 装药结构的火炮工程设计与优化提供理论参考和依据。研究成果在丰富大口径火炮武器 研究手段、提高大口径火炮武器研究效率以及设计安全性评价等方面具有重要意义。关键词：内弹道，大口径火炮，平衡炮，欧拉拉格朗日方法，两相流，数值模拟n万方数据博士学位论文大口径平衡炮内弹道分散群模型理论研究与数值仿真AbstractWit h t he d evelo pment o f t he Davis guns launching t echno lo gy,t he mo d em Davis gun present s t he larger d iamet er,t he heavier charge qualit y,t he higher muzzle kinet ic energy and t he bet t er st abilit y.In o rd er t o impro ve t he vent ilat io n perfo rmance,t he mo d ularized t ubular pro pellant s are always used in t he large-d iamet er Davis guns.Co nsequent ly;t he t wo-phase flo w pro cess and co mbust io n pro cess in t he chamber is beco ming mo re co mplex.The inst ant aneo us change pro cess o f t he high t emperat ure,high pressure and high speed brings a lo t o f d ifficult ies t o t he st ud y o f t he Davis guns int ernal ballist ics.So t he research o f t he t wo-phase flo w-mo d el in t he large-d iamet er Davis Gun is impo rt ant t o it s engineering d esign and t he fire safet y evaluat io n.In t his st ud y,in o rd er t o grasp t he int erio r ballist ics charact erist ics o f t he large caliber and high speed Davis guns,we d esigned a 480mm Davis gun d evice based o n t he d esigning requirement s o f a research pro ject.In ad d it io n,no t o nly ex periment al research,but also t heo ret ical analysis and numerical simulat io n were all applied t o st ud y t he Davis guns who le int erio r ballist ics pro cess,includ ing t he ignit io n pro cess.The main wo rk o f t h is st ud y includ es t he fo llo wing aspect s:(1)A gun firing t est was d esigned and carried o ut fo r a 480mm Davis gun d evice.The ex perience result s sho wed t hat t he mult i-po int t echno lo gy and t he mo d ularized t ubular pro pellant s were safe and reliable.The charge d esign in t he Davis gun co uld o bt ain effect ive muzzle kinet ic energy wit h t he d esired bo re pressure range.(2)Based o n t he t wo-phase flo w t heo ry,we est ablished a t wo-phase flo w calculat io n mo d el fbr t he mult i-po int ignit io n syst em in t he large caliber Davis gun.Co nsid ering t he co mplex it y o f t he mult i-po int ignit io n st ruct ure and t he physical paramet ers d ist ribut io n,we est ablished t he co rrespo nd ing o ne-d imensio nal t wo-phasc flo w mo d el and used t he MacCo rmark fo rmat t o simulat e it.Thus we o bt ained t he d ist ribut io n o f so me charact erist ic paramet ers,such as t he pressure,so lid velo cit y,gas velo cit y,vo id and so o n.The pro cess o f t he mult i-po int iirc spread ing was analyzed,and t he change rules o f t he gas pressure and t he gas flo w were d iscussed.I hc simulat io n result s were verified t o be right by co mparing wit h t he relat ed ex periment al result s.(3)A o ne-d imensio nal d ispersio n gro up t wo-phase flo w mo d el was est ablished in t he chamber o f t he 480mm Davis guns.Co mbined wit h t he kno wled ge o f t he int erio r ballist ics,co mbust io n gas d ynamics,and so o n,we est ablished t he o ne-d imensio nal d ispersio n gro upm 万方数据Abst ract博士学位论文t wo-phase flo w mo d el,which d escribed t he gas field by t he Eulerian syst em and t he t ubular mo d ules by t he Lagrangian syst em.In ad d it io n,co upling wit h t he mult i-po int ignit io n mo d el and using t he MacCo rmark scheme,wc simulat ed t he co mplex int erio r ballist ics pro cess o f t he large-caliber and high-speed Davis gun.By co mparing t he calculat ed result s wit h t he ex periment al result s,t he numerical mo d el and met ho d s were verified t o be feasible and accurat e.Thro ugh furt her analysis o f t he gas flo w and t he gunpo wd er mo t io n in t he chamber,we gained t he t ubular mo d ules mo vement rules and t he pressure d ist ribut io n.The o bt ained result s had impo rt ant significance fo r t he init ial und erst and ing o f t he largc-caliber and high-speed Davis guns int erio r ballist ics perfo rmance.(4)An assumpt io n was put fo rward t hat t he t ubular mo d ular was a linear d ist ribut io n alo ng t he rad ial d irect io n,-and-t he.mo vement was.assumed alo ng t he ax ial d irect io n.The.gas filed wo uld be set t led using t he Eulerian syst em and t he so lid filed wo uld be set t led using t he Lagrangian syst em.Thus,a t wo-d imensio nal d ispersio n gro up t wo-phase flo w mo d el was est ablished.By co mparing t he numerical simulat io n result s and t he t est result s,t he co rrect ness o f t he mat hemat ical mo d el was verified.Thro ugh t he numerical simulat io n,we o bt ained bo t h ax ial and rad ial gas flo w rules in t he chamber.(5)The main influencing act o rs o f t he large caliber and high speed Davis guns were analyzed.By using t he numerical simulat io n met ho d and changing int erio r ballist ics paramet ers,such as t he charge charact erist ics paramet ers,t he pro pellant mo d ules numbers and po sit io ns,t he int erio r ballist ics variat io n was invest igat ed.In ad d it io n,by set t ing d ifferent sit uat io ns t hat so me o f t he ignit io n head s wo rk,failure,changes o f t he pressure and gas velo cit y charact erist ics in t he chamber were o bt ained.This research was put fo rward t o impro ve t he energy release rules in t he large caliber Davis guns and pro vid e a t heo ret ical basis fo r t he d esign and o pt imizat io n o f t he large caliber Davis guns.This st ud y d evelo ped an appro ach t o t he research o f t he int erio r ballist ics perfo rmance in t he large caliber guns.It pro vid ed t he references in applicat io n,and also has impo rt ant meanings in t heo ry and pract ical engineering.Key wo rd s:int erio r ballist ic,large caliber guns,Davis guns,Eularian-Lagrangian met ho d,t wo-phase flo w,numerical simulat io nIV万方数据博士学位论文大口径平衡炮内弹道分散群模型理论研究与数值仿真符号表A 控制体横截面积，m2%火药的导温系数，m2/s4 弹底横截面积，m24 平衡体底部横截面积，m2P 余容，m3/kg，。流量系数 点火药颗粒的当量直径，mdn 管状药内径，m4 管状药外径，mly 管状药长度，m”火药固相比内能，J/kg底 气相比内能，J/kg/火药力，J/kg工 相间阻力，N气固两相间径向阻力，N兀 气固两相间轴向阻力，N区明 中心点传火孔中流出气体的滞止焰，J/kg气 对流传热系数，V/(m2 K),辐射传热系数，W/(m2 K)k 应力衰减因子w,Rn 中心点传火孔中流出气体的质量流量，kg/(m3-s)九 火药燃烧气体生成量，kg/(m3 s)而p 固体火药流出量，kg/(m3 s)而gm 底火流入火药气体的质量流量，kg/(m3 s)万方数据符号表博士学位论文放P 单颗火药的未燃烧质量，kg叫 弹丸质量，kg吗 平衡体质量，kg%单位长度点火管中小孔数目w 燃速指数P 气相压力，MPa9 考虑对流和辐射两种形式热交换时的相间热交换比热流，J/n?Qp 相间热传递量，J/m24.颗粒间应力，Pa4 火药燃气的气体常数，J/(kg k)户 火药燃速，m/sSp 火药瞬态表面积，m2与 小孔面积，m24 火药气体温度，Krps 固体颗粒表面温度，k,气相速度，m/s/固相速度，m/sMien 中心点传火孔中流出气体的速度，m/s9n 底火流入气体的速度，m/sU 燃速系数，m/(s MPan)药束模块运动速度，m/s%气相径向速度，m/s%气相轴向速度，m/sV,弹丸运动速度，m/s匕 平衡体运动速度，m/sZ 火药已燃相对厚度仍 次要功系数VI万方数据噂士学位论文大口径平衡炮内弹道分散群模型理论研究与数值仿真6 次要功系数“气相空隙率a 堆积空隙率4 气相密度，kg/m3Pp 固相密度，kg/m3PBin 底火流入气体的密度，kg/m3%火药的导热系数，W/(m s K)-火药已燃百分数%火药形状函数%火药形状函数 火药形状函数万方数据目录博士学位论文目录摘 要.IAbstract.Ill符号表.V1绪论.11.1 研究背景及意义.11.2 国内外研究现状.21.2.1 平衡炮发展情况概述.21.2.2 平衡炮装药技术.31.23内弹道过程仿真技术.61.2.4数值方法介绍.91.3本文主要研究工作.142大口径平衡炮装药结构设计及试验研究.162.1 大口径平衡炮系统结构及装药设计方案.162.1.1 平衡炮发射装置系统结构.162.1.2 平衡炮装药结构设计.172.2 大口径平衡炮射击试验研究.182.2.1 试验方案设计.192.2.2 试验结果.202.2.3 试验结果分析.202.3 多点点传火系统试验研究.222.3.1 试验装置结构设计.222.3.2 试验方案设计.232.3.3 试验结果及分析.252.4 木章小结.263点传火系统一维两相流数值模拟.273.1 多点点传火系统数学物理模型.273.1.1 多点点传火过程的物理描述.273.1.2 基本假设.273.1.3 基本方程.283.1.4 辅助方程.293.2 数值计算方法.323.2.1 差分格式.323.2.2 稳定性条件.323.2.3 人工粘性.323.2.4 初值条件和边界条件.33VIII万方数据博士学位论文大口径平衡炮内弹道分散群模型理论研究与数值仿真3.2.5 滤波处理和守恒检查.333.2.6 计算域网格划分及计算流程.343.3 仿真结果分析及多点点传火系统流场特性研究.353.3.1 多点点火系统试验结果与仿真结果对比.353.3.2 480mm平衡炮内多点点火系统流场特性分析.373.4 本章小结.404大口径平衡炮双一维分散群模型的建立与仿真.414.1 内弹道数学模型的建立.414.1.1 内弹道过程的物理描述.414.1.2 基本假设.424.1.3 数学模型.424.2 数值仿真方法及流程.454.2.1 数值计算方法.454.2.2 数值仿真流程.494.3 一维分散群模型数值仿真结果分析.514.3.1 数值仿真结果与试验结果对比.514.3.2 大口径平衡炮膛内流场特性分析.534.4 本章小结.615大口径平衡炮两维轴对称分散群模型的建立与仿真.635.1 数学模型的建立.635.1.1 基本假设.635.1.2 数学模型.645.2 数值计算方法.685.2.1 网格戈I分.685.2.2 数值算法.685.2.3 初始条件.705.2.4 边界条件.705.3 两维轴对称分散群模型数值仿真结果分析.735.3.1 大口径平衡炮内弹道过程仿真结果与试验结果对比.745.3.2 大口径平衡炮内弹道性能分析.765.4 本章小结.906影响大口径平衡炮内弹道性能的因素分析.916.1 装药结构对大口径平衡炮内弹道性能的影响.916.1.1 装药模块个数对内弹道性能的影响.916.1.2 装药模块初始位置变化对内弹道性能的影响.956.1.3 管状药形状参数对内弹道性能的影响.1036.2 点火失效对大口径平衡炮内弹道性能的影响.1096.2.1 两边对称点火失效时内弹道性能的变化情况.1096.2.2 一边点火失效时内弹道性能的变化情况.115IX万方数据目录博士学位论文6.3 本章小结.1207结束语.1227.1 论文主要工作及取得的成果.1227.2 论文的创新点.1237.3 后续工作展望.124致 谢.125参考文献.126附 录.134攻读博士学位期间发表的论文.134万方数据博士学位论文 大n径平衡炮内弹道分散群模型理论研究与数值仿真1绪论1.1 研究背景及意义平衡炮采用平衡发射技术，可以有效地解决高炮口动能下火炮反后座装置及炮架强 度的设计问题，是研究大尺寸、大质量试验件的有效试验加载工具，解决了地面火炮射 击试验所带来的局限性，对于侵彻动力学研究、材料动态响应、引战配合技术等很多领 域的研究具有十分重要的意义口】。随着武器系统研究的不断深入，平衡炮发射技术也不 断完善，正朝着大口径、高炮口动能、大装药量和高稳定性的方向不断发展。目前，依 靠发射药燃烧产生高温高压的火药燃气，推动弹丸做功，依然是常规火炮武器能量的主 要来源。因此要达到较高的初速和威力，必然意味着需要提高火药装填密度，增大药室 容积。而大容量装填、长传火距离以及两个方向上的相反运动等因素，意味着大口径平 衡炮膛内火药燃烧以及两相流动情况更为复杂，这直接关系到火炮发射过程的安全性和 稳定性，因此需要对其设计更为合理的装药结构。火炮现有的装药结构大体上可以分为：底部点火的药筒式装药结构，中心点火的药 筒式装药结构，管状药装药结构，管、粒混合装药结构，主副药筒分装的两截装药结构、模块装药结构等。其中管状药装药透气性好，火焰传播速度快，有利于降低压力波，在 装填密度大的大口径长药室火炮中应用广泛。管状药有多种类型，燃烧特点又有不同，装药排列方式和装填方式等都会对火炮的内弹道性能造成影响，加之大口径平衡炮大药 量高密度装填，这就可能导致膛内大振幅压力波的产生。这种压力波存在时，一方面会 影响到内弹道性能的稳定性，引起初速的分散C另一方面，也会影响到包括火炮、弹丸、引信及火药装药的整个武器系统的安全性，甚至会出现膛炸等危险状况。因此，对于 此类大口径平衡炮内弹道过程的研究尤为迫切。然而尽管国内目前建成或在建的大口径 平衡炮已多达数门，但对平衡炮内弹道过程的仿真研究尚很有限，关于大口径平衡炮性 能影响因素的全面分析更是鲜有报道。以现代内弹道学理论为依据，建立仿真模型对弹丸膛内运动过程进行数值计算，是 火炮等武器研制过程中掌握膛内燃气释放规律以及压力分布的重要手段。在现代内弹道 研窕中，应用广泛的内弹道两相流模型是将气相和颗粒相均分别看作连续介质，对于普 通粒状装药火炮来说，燃烧的火药颗粒较小，拟流体假设作为一种简化方法能够较好的 描述内弹道过程。但是，对于本文将要研究的大口径平衡炮而言，其装药采用的管状药 束，长度一般比火炮内膛直径还要大。燃烧着的管状药条,无论从尺寸和形态结构来说，与“颗粒云”的假设相差甚远。作拟流体假设的处理方式将在计算中带来较大的误差。为了解决这个问题，有学者以每根管条为单位，将管状药束看成具有多孔通道的管流建 立模型进行管状药束仿真。但对于大口径长药室火炮，往往采用分段装填方式，管状药 万方数据1绪论博士学位论文束在发射过程中也是运动的，完全按照管状药模型进行计算会使得压力波强度降低，且 与实际物理过程差别较大。文献3中试图将管状药作非流体相处理，将管状药床看成一 个在两端面压力差和相间阻力共同作用下可沿轴向运动的整体，相间质量能量输运通过 控制方程中的源项实现，应用新模型与重叠网格技术对平衡炮内弹道过程建立了一堆两 相流模型进行仿真计算，但固相整体化的处理方式对研究固相的运动过程依然存在局限 性。文献4基于拉格朗日假设讨论了平衡炮膛内的压力分布，但与两相流模型相比，零 维模型所描述的物理过程仍不够全面。综上所述，本课题的研究目的首先是根据大口径平衡炮的特点，设计适合于大口径 长药室平衡炮的点传火结构和装药结构。其次，针对传统两相流理论对管状药条建模不 适用的问题，运用流体力学、工程力学、热力学、燃烧学、弹道学等理论知识，采用欧 拉-拉格朗日相结合的方法，建立大口径平衡炮的内弹道数学模型，对大口径平衡炮的 发射过程进行数值仿真，并结合相关试验进行验证。在此基础上，深入了解膛内各参量 的变化情况，掌握管状药束的燃烧和运动规律，明确火药气体的流场分布。进一步研究 影响大口径平衡炮内弹道性能的主要参量，为预测膜内压力波，保证发射安全性，同时 对工程上的优化应用等多方面提供依据。1.2 国内外研究现状1.2.1 平衡炮发展情况概述火炮，素有“战争之神”的美名，自问世以来就得到了广泛关注。15世纪，欧洲当 时使用的火炮是炮管粗短的滑膛炮，发射时产生巨大的后坐力，往往使火炮像蛤蟆一样 向后蹦跳，这既影响了射击的准确性和发射速度，又给操作带来不便。意大利著名艺术 家、科学家达芬奇提出了一个建议，将两门相同的火炮首尾相接，炮口朝相反方向成一 条直线。这样，射击时两门火炮所产生的后坐力便得以抵消，这就是后人所说的“双头 炮”。“双头炮”只是天才的灵感一现，在现实中难以行通。直到1914年，美国海军少 校戴维斯才将达芬奇的美妙设想向现实的道路上推进了一大步。他把达芬奇的背对背两 门炮改换成两颗弹丸尾接尾地放在一根两端开口的炮管中发射。射击时，两颗弹丸尾对 尾地放在炮管中部，其中向后发射的那枚平衡弹是连接而成的假弹丸。发射后，假弹丸 变成许多碎片散落在炮后不远的地方，操作人员躲避开这个危险区域就不会造成伤害。经过这种“二合一”的改造，世界上最早的平衡炮便诞生了，人们称它为“戴维斯”火 炮。因此，平衡炮又叫“戴维斯火炮“戴维斯火炮氏6曾经只应用在小口径范围，大口径由于装填困难，速度有限，难 以批量装备。因此，长期处于停滞状态。当前，导弹武器的研发过程需要大量试射试验 的支撑，而试射试验的高成本性是制约导弹武器发展的重要因素。炮射导弹方式可有效 2万方数据博士学位论文大口径平衡炮内弹道分散群模型理论研究与数值仿真降低试验成本，但受导弹口径大、动能高、火炮反后座装置体积庞大甚至无法工作的限 制平衡炮利用平衡体与弹丸的反向运动替代传统火炮的反后座装置，使平衡体与弹 丸同时脱离炮口，以保证炮身自身动量为零。这种设计思想可在保证弹丸高动能前提下 省去专门的火炮反后座装置，从而最大限度地简化发射装置。在此背景下，近几年平 衡炮在国内获得较大发展。2001年，总参工程兵科研三所成功研制并应用了300mm平衡 炮网，用于模拟巡航导弹的拦截以及侵彻试验，其炮口动能达18L5MJ（文中平衡炮炮口 动能不包含平衡体的动能）。此后，中国工程物理研究院研制了203mm平衡炮W,其炮口 动能达25MJ。南京理工大学研制了420mm平衡炮，其炮口动能达33M#支可见，平衡 炮朝着大口径、大药室和大药量方向发展。为了保证平衡炮在大药室、长传火距离和大 装药量条件下的发射安全，相应的点传火设计和装药设计方案也陆续被提出。季晓松等 人设计的多点点传火系统提高了长药室火炮内的一致性和均匀性。.徐流恩等人从经典内 弹道分析，得出了双芳-3作为发射药优于单基药，规则排列的管状药束优于粒状药的装 药设计方案。管状模块化装填也被提出并应用于大口径平衡炮中。此外，由于大口径平 衡炮特殊的结构，以及较高的膛压和初速，掌握其内弹道性能的工作也在逐渐展开。国 内学者应用经典内弹道理论，对平衡炮进行内弹道仿真，得到内弹道诸元随时间的变化 规律，以及膛内过载的变化过程1切。徐流恩等研究了203mm口径的平衡炮，并将90kg 的弹丸发射至960m/s的初速，根据平衡炮的发射原理和火炮装药结构设计原理，分析了 203mm 口径平衡炮的射击安全性。研究者还将药条和点火药颗粒群当做一种具有连续介 质特性的拟流体处理，对203mm口径的平衡炮建立了一维两相流模型，对平衡炮的装药 安全性进行了分析评估，科研指导大药室管状装药特别是分段装填情况下的装药设计。陶如意等人针对高低压室平衡炮进行了内弹道理论和实验分析。张博孜等人通过将 管状药床看成一个在两端面压力差和相间阻力共同作用下可沿轴向运动的整体，应用新 模型与重叠网格技术对320 mm平衡炮内弹道过程进行了仿真计算，为平衡炮内弹道过 程研究提供了新思路。其他相关的研究还有很多，例如：段吉平等人利用工程法和挤进 时期内弹道法计算了某口径平衡炮的弹丸挤进压力，通过与实验结果对比，得到了只要 参数选取合理，可用工程值代替挤进时期内弹道计算值的结论口久负来峰等分析了某平 衡炮高低温内弹道性能异常的原因，通过研究结论可知，异常的产生是由于发射药片（薄 片装药）低温时破碎，高温时变软相互粘结导致初始燃面变小造成U叫随着武器系统研究在不断发展，平衡炮发射技术也在不断完善。但是，国内外学者 对平衡炮进行全面深入研究的人不多，且研究往往集中在某一方面，特别是内弹道建模 上仍然存在不足之处。因此，有必要寻找更为合适和精确的方法对此类特殊结构武器装 置的整个内弹道过程进行深入研究。1.2.2 平衡炮装药技术万方数据1结论博士学位论文经验证明，火炮装药技术是影响火炮内弹道性能的重要部分。如果装药安排不当，将会使弹道性能不稳定，造成膛压反常，初速跳动，从而使所设计的方案达不到预期的 弹道效果。有时还会发生许多有害现象，甚至危害射手安全。因此，在新武器的研制过 程中，进行合理的装药设计是保证武器具有良好弹道性能的重要环节。对大口径平衡炮 的装药设计主要包括点传火技术、发射药、以及装药结构几个方面。1.221点传火技术点传火技术是火炮射击过程中的关键技术之一，点传火系统的好坏直接影响到火炮 的内弹道性能。点火的均匀性、瞬时性是检验一个点火过程好坏的标准。不均匀的局部 点火容易产生大振幅的压力波，严重情况下可能引起膛炸。而均匀一致的点火可以显著 地减小压力波强度，减小初速散布。点传火结构设计对于保证装药点传火的一致性和重 现性、抑制反常膛压并实现内弹道性能的安全稳定，具有重要的作用口”人们普遍认同的是：轴向点火瞬时性、一致性差是产生较高负压差的主要原因。对 大口径长药室的火炮而言，利用传统的底部点火，传火时间长，压力波动大，显然是不 安全的口习。近年来，国内外的弹道工作者相继提出了许多新型的点火概念。69,如激光 点火、新型电点火、等离子点火、爆炸网络点火等。激光多点点火技术是将激光器发出 的激光能量通过光纤及光纤网络引入到火炮装药床中，同时点燃预先埋设于药床中的各 感光点火点，使火焰迅速扩展，达到整个装药床均匀一致地点火的目的.等离子点火则 是基于电热化学发射技术，通过高功率等离子体发生器向工质放电，将电能以等离子体 的形式注入火药，实现火药的有效点火和燃烧增强，从而改善弹道性能的一种点火方式。爆炸网络点火是将爆炸网络中的高速爆轰波作为点火能量的载体，从而增加点火管中的 传火速度，有效地缩短点火管对火药床各部位的点火时间差，提高点火的同时性和一致 性。这些新型点火技术理论上都能够降低或避免大口径火炮中普遍存在的点火延迟和局 部点火现象，但实际应用中还是存在许多困难。在现代的高性能火炮中，如具有高装填 密度、高初速、高膛压特征的大口径火炮，轴向中心点火系统的改进和多点点火系统仍 然是解决新型高性能大口径火炮点火问题的研究方向。文献20中描述的多点点火系统 应用于320mm大口径平衡炮时，具有点火时间短、点火一致性好的特点。本课题在此 基础上，考虑将点传火管节数适当扩展，形成了满足480mm高速平衡炮点传火要求的 点传火系统，从而保证火炮的安全性。1.2.2.2发射药目前绝大部分武器发射过程中所需能量仍然来自火药燃烧释放的化学能。随着高装 填密度、高膛压、高初速火炮的发展，膛内压力波异常引起的膛炸现象己引起人们的极 大重视。因装药结构的缺点造成的火药床透气性不好而导致点传火不均匀是产生膛内压 力波的原因之一。人们曾采用各种办法来抑制压力波，其中采用管状发射药作为主装药4 万方数据博士学位论文大口径平衡炮内弹道分散群模型理论研究与数值仿真也是一种有效的方法。管状药排列有序，燃气通过管状药束的阻力比通过随机排列的粒 状药床的阻力小得多，通常为粒状药阻力的1/1001/10之间。所以管状药透气性好，火 焰传播容易，有利于减小压力波，提高射击安全。管状发射药一般