膨胀波火炮惯性炮闩运动分析

摘要

膨胀波火炮能够在保证威力的情况下，减小后坐和降低身管热量，缓解了火炮机动性和威力之间的矛盾，并且能够通过控制后喷装置喷口打开时机的方式，来控制弹丸初速，提高了火炮的发射性能。因而被称之为目前最受关注的新型火炮之一。针对惯性炮闩式膨胀波火炮的发射机理、惯性炮闩结构参数对膨胀波火炮弹道特征量的影响以及内弹道过程进行研究，对膨胀波火炮的研究及优化具有一定的意义。 首先，对比了惯性炮闩式膨胀波火炮与无后坐力炮等低后坐火炮的弹道特点，建立惯性炮闩式膨胀波火炮的物理模型，并对膨胀波火炮闭膛时期、惯性炮闩运动时期以及火药燃气后喷时期的弹道特性进行分析，建立惯性炮闩式膨胀波火炮的发射模型。 其次，利用Matlab软件编写膨胀波火炮的内弹道程序，比较常规闭膛火炮的内弹道曲线与膨胀波火炮内弹道的差异；用相关实验结果来验证建立的膨胀波火炮的内弹道模型是正确的。综合分析惯性炮闩的结构参数（惯性炮闩的质量、最大后坐行程长和惯性炮闩的启动压力）对膨胀波火炮的弹道特征量（膛压、后喷装置喷口打开时间和火药燃气的后喷流量等）产生的影响，得到一些基本的理论，对于膨胀波火炮的研究设计与性能提高提供一定的参考。 最后，通过建立二维有限元模型，利用动网格技术及UDF进行仿真初始化，耦合弹丸在膛内的运动状态，对惯性炮闩式膨胀波火炮的发射过程进行数值模拟，分析火药燃气在炮口和炮尾的流动状态，研究冲击波在炮尾的分布情况，计算惯性炮闩式膨胀波火炮后喷流场的危险区域，并分析惯性炮闩的结构参数对该危险区域的影响。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题的研究背景与意义

1.2 膨胀波火炮的发射机理和类型

1.2.1 膨胀波火炮的发射机理

1.2.2 膨胀波火炮的类型

1.3 膨胀波火炮的国内外研究现状

1.3.1 膨胀波火炮的国外研究现状

1.3.2 膨胀波火炮的国内研究现状

1.3.3 火炮发射过程流体仿真现状

1.4 本文的主要研究工作

第2章 惯性炮闩式膨胀波火炮发射模型

2.1 引言

2.2 惯性炮闩式膨胀波火炮的物理模型

2.3 基本假设

2.4 惯性炮闩式膨胀波火炮的数学模型

2.4.1 闭膛时期的数学模型

2.4.2 惯性炮闩运动时期的数学模型

2.4.3 火药气体后喷时期的数学模型

2.5 惯性炮闩式膨胀波火炮整体发射模型

2.6 本章小结

第3章 惯性炮闩式膨胀波火炮发射过程数值模拟

3.1 引言

3.2 求解方法

3.3 实例仿真模拟

3.4 惯性炮闩参数对膨胀波火炮最膛压的影响分析

3.4.1 惯性炮闩质量对膛压影响分析

3.4.2 最大后坐行程长对膛压影响分析

3.4.3 惯性炮闩启动压力对膛压影响分析

3.4.4 小结

3.5 惯性炮闩参数对膨胀波火炮喷口打开时间的影响分析

3.5.1 惯性炮闩质量对喷口打开时间的影响分析

3.5.2 最大后坐行程长对喷口打开时间影响分析

3.5.3 惯性炮闩启动压力对喷口打开时间影响分析

3.5.4 小结

3.6 惯性炮闩参数对膨胀波火炮后喷流量的影响分析

3.6.1 惯性炮闩质量对后喷流量影响分析

3.6.2 最大后坐行程长对后喷流量影响分析

3.6.3 启动压力对后喷流量的影响分析

3.6.4 小结

3.7 本章小结

第4章 与内弹道耦合的膨胀波火炮发射过程流场仿真分析

4.1 引言

4.2 CFD流体理论及数值方法

4.2.1 控制方程

4.2.2数值方法

4.2.3 Fluent流程介绍

4.3 膨胀波火炮流场仿真

4.3.1 35mm膨胀波火炮的几何模型

4.3.2 网格划分

4.3.3 求解器选择

4.3.4 边界条件设置及初始条件

4.4 结果分析

4.4.1 流动特性分析

4.4.2 后喷流场危险区域确定

4.4.3 惯性炮闩参数对后喷流场危险区域的影响

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢