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火炮发射装药点火的一致性,是影响大口径火炮性能和射击安全的重要因素。对于大口径火炮,由于其药室长、装填密度大、装药结构复杂,而给火炮装药的点火带来一定的困难,射击时火炮膛内极易产生大振幅压力波。为了解决大口径火炮长药室装药轴向点传火的问题,本文设计了多点点传火系统,通过试验验证了多点点传火系统具有点火时间短,一致性好的特点;采用该多点点传火系统进行了320mm平衡炮的装药结构设计,并通过了火炮射击试验;运用两相流数值模拟,对该多点点传火系统的点传火特性以及采用该多点点传火系统的320mm平衡炮内弹道过程进行了研究。本文的主要研究工作包括以下几个方面:
(1)设计了多点点传火系统。借助以往火炮装药点传火系统设计经验,提出了多点同时点火、中心传火管传火的点传火方案。从筛选点火源入手,设计了以多个电点火具为点火源结合可燃中心传火管的多点点传火系统。同时,设计了点传火模拟试验装置,进行了点火管多点同时点火的试验研究,通过试验检查该多点点传火技术的可行性和可靠性。通过机理试验,得出了该多点点传火系统点火时间短,点火一致性好的结论。为大口径长药室火炮装药结构设计提供理论和试验依据。
(2)研究了大口径火炮长药室装药的结构设计。采用本文所设计的多点点传火系统,对320mm平衡炮3.2m长的药室进行装药结构设计。通过平衡炮射击试验,验证了所设计装药结构可以满足炮口动能超过200MJ的装药需求。火炮射击试验表明采用的多点点传火系统可以极大地抑制膛内压力波,具有合理性、可行性、安全性和良好的内弹道性能。
(3)在内弹道两相流理论的基础上,建立了多点点传火系统传火管的两相流计算模型。针对长药室装药中多点点传火过程的复杂性以及物理量分布的异常性,建立了相应的一维两相流数学物理模型,采用Mac Cormack差分格式进行数值求解,得到了点传火模拟装置中传火管的压力分布、固相和气相速度以及空隙率等数值解,分析了多点点传火系统的点传火过程,探讨了多点点传火过程燃气压力变化规律以及燃气流动特性。通过计算结果与试验结果的对比分析,探讨了该多点点传火系统的点传火过程特性。为该多点点传火系统在大口径火炮装药结构设计的应用提供了理论支撑。
(4)建立了320mm平衡炮的内弹道两相流计算模型。根据已设计完成的平衡炮内膛结构与装药设计,采用一维两相流的方法对320mm平衡炮内弹道过程进行建模分析,研究了这种复杂装药结构的内弹道过程和内膛燃气流动过程,分析了装药量变化以及多点点传火系统同时性对内弹道性能的影响。计算结果表明,所采用的多点点传火系统可以极大地抑制膛内压力波,具有良好的内弹道性能,为320mm平衡炮结构设计和装药设计提供了理论研究的方法。