火炮后效期内弹底压力预估理论模型研究

doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2019.06.022

兵工学报 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (6): 1304-1309.doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.06.022

火炮后效期内弹底压力预估理论模型研究

周梦笛¹，曹从咏¹，钱林方²

（1.南京理工大学自动化学院，江苏南京 210094； 2.南京理工大学机械工程学院，江苏南京 210094）

收稿日期:2018-07-31 修回日期:2018-07-31 上线日期:2019-08-14
通讯作者: 曹从咏（1964—），男，教授，硕士生导师 E-mail:jy108@mail.njust.edu
作者简介:周梦笛（1994—），女，硕士研究生。 E-mail: 396512135@qq.com

Research on Prediction Theoretical Model of Projectile Base Pressure during Aftereffect Period

ZHOU Mengdi¹， CAO Congyong¹， QIAN Linfang²

（1.School of Automation，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094，Jiangsu，China；2.School of Mechanical Engineering，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094，Jiangsu，China）

Received:2018-07-31 Revised:2018-07-31 Online:2019-08-14

摘要/Abstract

摘要： 火炮后效期内弹丸在膛口高压火药燃气的作用下发生扰动，进而影响其外弹道特性。为提高射表的精准性并优化弹丸设计，开展了后效期内弹底压力的研究。针对传统计算流体力学（CFD）仿真耗时过长的不足，基于普朗特-迈耶膨胀波关系及等熵流动，建立后效期内弹底压力预估理论模型，并提出压力边界估计的修正模型。以某射击试验中测得的膛口数据为例进行仿真分析，将该模型与CFD三维模型仿真结果进行对比。结果表明：所提模型仿真结果与CFD模型仿真结果相差很小，但计算耗时显著减小，由约1.5 h减小为不到1 s；研究成果为火控系统所需外弹道参数可提供一种快速计算方法，为射表编制和弹丸合理设计可提供理论参考依据。

关键词: 火炮, 弹底压力, 后效期, 普朗特-迈耶膨胀波, 等熵流动

Abstract: The projectile is disturbed by high-pressure gas during aftereffect period, which affects its exterior ballistic characteristics. The change of pressure on the base of projectile during the aftereffect period is studied for improving the accuracy firing table and optimized design of projectile. As computational fluid dynamics (CFD) simulation takes a long time, a theoretical model based on Prandtl-Meyer wave and isentropic flow is established for predicting the pressure on the base of projectile, and a modified model of pressure boundary estimation is proposed. The muzzle dates measured in a firing practice test were analyzed. The results show that the simulated results of the proposed model and CFD 3D model have less difference, but the calculating time of the proposed model is shorter, which is decreased from about 1.5 h to less than 1 s. Key

Key words: gun, pressureonthebaseofprojectile, aftereffectperiod, Prandtl-Meyerwave, isentropicflow

中图分类号:

TJ012.2

周梦笛，曹从咏，钱林方. 火炮后效期内弹底压力预估理论模型研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(6): 1304-1309.

ZHOU Mengdi， CAO Congyong， QIAN Linfang. Research on Prediction Theoretical Model of Projectile Base Pressure during Aftereffect Period[J]. Acta Armamentarii, 2019, 40(6): 1304-1309.

参考文献

［1］ SCHMIDT E M，SHEAR D D. Optical measurement of muzzle blast [J]. AIAA Journal，1975，13（8）：1086-1091.
[2] IRWIN L，SINGER，PETER Y，et al. Application of high-speed video and spectroscopy to railgun development[J]. Materials and Manufacturing Processes，2012，27（8）：846-851.
[3] BRYAN J，STEWARD，GLEN P，et al. Modeling midwave infrared muzzle flash spectra from unsuppressed and flash-suppressed large caliber munitions[J]. Infrared Physics and Technology，2012，55(4)： 246-255.
[4] ERDOS J I, DELGUIDICE P. Gas dynamics of muzzle blast［J］. AIAA Journal, 1975,8(13):1048-1055.
[5] 苏晓鹏，钱林方，戴劲松.带炮口装置时某火炮膛口流场数值仿真[J].计算机仿真，2009，26（9）：15-18.
SU X P，QIAN L F，DAI J S. Muzzle flow field simulation of gun with a muzzle attachment [J].Computer Simulation，2009，26（9）： 15-18.（in Chinese）

[6] 郭则庆，姜孝海，王杨.后效期火药燃气加速弹丸的数值研究[J].高压物理学报，2012，26（5）：564-570.
GUO Z Q，JIANG X H，WANG Y. Numerical study of propellant gas accelerates projectile during after-effect period [J]. Chinese Journal of High Pressure Physics，2012，26（5）：564-570.（in Chinese）
[7] 王杨，郭则庆，姜孝海.后效期火药气体流空过程数值模拟[J].火炮发射与控制学报，2009（3）：63-67.
WANG Y，GUO Z Q，JIANG X H. Numerical simulation of propellant gas emptying process in after-effect period [J].Journal of Gun Launch & Control，2009（3）：63-67. （in Chinese）
[8] 李子杰，王浩，陈健伟.超高速弹丸膛口流场结构分析[J].哈尔滨工业大学学报，2017，49（10）：53-59.
LI Z J，WANG H，CHEN J W. The muzzle flow field induced by hyper-velocity projectile [J].Journal of Harbin Institute of Technology，2017，49（10）：53-59.（in Chinese）
[9] MATSUO S，TANAKA M，SETOGUCHI T，et al. Passive control of condensation shock wave in Prandtl-Meyer expansion flow [J]. Journal of Thermal Science，2003，12(1)：20-26.
[10] 郑鑫.膛口流场及其对弹丸运动影响的研究[D].沈阳：沈阳理工大学，2010.
ZHENG X.Muzzle flow field and its influence on the study of projectile motion [D]. Shenyang: Shenyang Ligong University，2010.（in Chinese）

[11] 尤国钊.中间弹道学[M].北京：国防工业出版社，2003：3-4.
YOU G Z. Intermediate ballistics [M]. Beijing：National Defense Industry Press，2003：3-4.（in Chinese）

[12] 李子杰，王浩.膛口初始流场对火药燃气射流的影响[J].含能材料，2017，25(4)：282-290.
LI Z J，WANG H. Effect of precursor flow field of muzzle on the combustion gas jet flow of gun propellant[J].Chinese Journal of Energetic Materials，2017，25（4）：282-290.（in Chinese）

第40卷第6期
2019 年6月兵工学报ACTA
ARMAMENTARIIVol.40No.6Jun.2019

[1]	王明明，钱林方，陈光宋，刘太素. 基于概率密度演化方法的火炮输弹过程不确定性分析[J]. 兵工学报, 2022, 43(6): 1215-1224.
[2]	李伟，韩崇伟，刘爱峰，任海波，胡鑫，姜俊峰. 干扰速率补偿式火炮线自稳定跟踪控制建模与仿真[J]. 兵工学报, 2022, 43(6): 1233-1245.
[3]	刘朋科，杨雕，许耀峰，宁变芳，王军，刘欢. 火炮身管内膛表层温度及其梯度规律研究[J]. 兵工学报, 2022, 43(6): 1225-1232.
[4]	代普，潘军，马晴，刘妙. 火炮俯仰电液伺服系统速度非线性抑制技术研究[J]. 兵工学报, 2022, 43(6): 1246-1254.
[5]	王丹宇，南风强，廖昕，肖忠良，堵平，王彬彬. 消焰剂对大口径火炮炮口烟焰的影响[J]. 兵工学报, 2022, 43(2): 273-278.
[6]	单春来，刘朋科，古斌，贺琦，徐宏英. 多级优化算法在火炮总体结构设计中的应用[J]. 兵工学报, 2022, 43(1): 11-19.
[7]	程申申，陶如意，王浩，薛绍，林庆育. 弹丸不同结构尼龙弹带挤进过程的阻力特性[J]. 兵工学报, 2021, 42(9): 1847-1857.
[8]	张金，王学彬，石文泽，董子华，邓海飞. 大口径火炮身管药室内膛裂纹电磁超声表面水平剪切波检测方法[J]. 兵工学报, 2021, 42(8): 1763-1770.
[9]	缪伟, 尹强, 钱林方. 火炮后效期火药气体流空过程的近似计算方法[J]. 兵工学报, 2021, 42(7): 1381-1391.
[10]	丁树奎，王良明，杨志伟，丁旭冉. 远程火炮弹丸起始扰动的动力学特性[J]. 兵工学报, 2021, 42(4): 673-683.
[11]	罗中峰，管小荣，徐诚. 面向弹丸炮口状态的自行火炮结构参数全局灵敏度[J]. 兵工学报, 2021, 42(2): 254-267.
[12]	彭嘉诚, 蒋建伟, 廖伟, 卢易浩. 火箭发动机与尾翼座共用尾翼结构在高膛压火炮膛内间隙影响因素[J]. 兵工学报, 2021, 42(12): 2586-2596.
[13]	林通，钱林方，付佳维，王明明. 火炮高平机参数辨识与灵敏度[J]. 兵工学报, 2020, 41(9): 1736-1744.
[14]	张成，柳朝阳，顾克秋. 超轻型火炮后大架缓冲机理及特性优化[J]. 兵工学报, 2020, 41(9): 1752-1761.
[15]	刘太素，钱林方，陈光宋. 火炮输药机构小射角输药到位一致性稳健优化设计[J]. 兵工学报, 2020, 41(8): 1473-1482.

火炮后效期内弹底压力预估理论模型研究

Research on Prediction Theoretical Model of Projectile Base Pressure during Aftereffect Period

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价