兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (11): 3792-3805.doi: 10.12382/bgxb.2023.0687
所属专题: 现代火炮理论与技术进展
收稿日期:
2023-07-24
上线日期:
2023-12-15
通讯作者:
基金资助:
WEI Shengcheng1, QIAN Linfang1,2,*(), XU Yadong1, YIN Qiang1
Received:
2023-07-24
Online:
2023-12-15
摘要:
火炮射击时作用在驾驶室表面的冲击波超压是研究车载炮驾驶室炮口冲击波防护性能的载荷边界条件。为探索车载炮驾驶室表面的炮口冲击波超压特性,以某型装备为对象设计系统的射击试验方案开展研究。试验兼顾车载炮的主、辅助射界,获取7种射角工况下驾驶室上不同位置的冲击波超压数据,得到炮口与驾驶室不同空间位置下驾驶室表面冲击波超压的衰减规律。采用非定常无黏三维欧拉方程建立炮口冲击波流场计算模型,对极限工况下驾驶室表面的冲击波超压进行仿真模拟,数值仿真与试验结果的冲击波超压变化趋势一致,炮口气流速度吻合时最大超压峰值误差小于4%。研究结果表明:炮口冲击波在地面、驾驶室结构影响下,在车载炮驾驶室表面形成了具有显著峰值的二次超压分布;炮口制退器制退孔朝向、驾驶室上凸起结构等使得驾驶室表面的冲击波超压更加恶劣。
中图分类号:
魏胜程, 钱林方, 徐亚栋, 尹强. 车载炮驾驶室表面炮口冲击波超压特性[J]. 兵工学报, 2024, 45(11): 3792-3805.
WEI Shengcheng, QIAN Linfang, XU Yadong, YIN Qiang. Characteristics of Muzzle Shock Wave Overpressure on the Surface of Vehicle-mounted Howitzer’s Crew Compartment[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(11): 3792-3805.
发次序号、 均值、极差 与相对极差 | 0°/-25°射角下测点超压峰值/kPa | 0°/-25° 射角下弹丸初 速/(m·s-1) | 14°/0°射角下测点超压峰值/kPa | 14°/0° 射角下弹丸初 速/(m·s-1) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
测点1 | 测点2 | 测点3 | 测点4 | 测点1 | 测点2 | 测点3 | 测点4 | |||
1 | 129 | 327 | 126 | - | 951.4 | 192 | 205 | 167 | 939.0 | |
2 | 132 | 306 | 132 | 105 | 952.3 | 204 | 214 | 164 | 943.6 | |
3 | 123 | 283 | 132 | 108 | 950.8 | 196 | 196 | 182 | 942.3 | |
4 | 121 | 296 | 130 | - | 950.0 | 185 | 202 | 178 | 941.6 | |
5 | 122 | 285 | 130 | 110 | 951.6 | - | 200 | - | 945.2 | |
6 | 125 | 327 | 137 | - | 950.8 | 201 | 206 | - | 944.4 | |
7 | 129 | 307 | 125 | - | 948.0 | - | 211 | - | 944.5 | |
均值 | 125.8 | 304.4 | 130.3 | 107.7 | 950.7 | 195.6 | 204.9 | 172.7 | 942.9 | |
极差 | 11 | 44 | 12 | 5 | 4.3 | 19 | 18 | 18 | 6.2 | |
相对极差 | 8.7% | 14.4% | 9.2% | 4.6% | 0.45% | 9.7% | 8.7% | 10.4% | 0.65% |
表1 极限工况下各测点处最大超压峰值
Table 1 Peak overpressure at each measuring point under extreme conditions
发次序号、 均值、极差 与相对极差 | 0°/-25°射角下测点超压峰值/kPa | 0°/-25° 射角下弹丸初 速/(m·s-1) | 14°/0°射角下测点超压峰值/kPa | 14°/0° 射角下弹丸初 速/(m·s-1) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
测点1 | 测点2 | 测点3 | 测点4 | 测点1 | 测点2 | 测点3 | 测点4 | |||
1 | 129 | 327 | 126 | - | 951.4 | 192 | 205 | 167 | 939.0 | |
2 | 132 | 306 | 132 | 105 | 952.3 | 204 | 214 | 164 | 943.6 | |
3 | 123 | 283 | 132 | 108 | 950.8 | 196 | 196 | 182 | 942.3 | |
4 | 121 | 296 | 130 | - | 950.0 | 185 | 202 | 178 | 941.6 | |
5 | 122 | 285 | 130 | 110 | 951.6 | - | 200 | - | 945.2 | |
6 | 125 | 327 | 137 | - | 950.8 | 201 | 206 | - | 944.4 | |
7 | 129 | 307 | 125 | - | 948.0 | - | 211 | - | 944.5 | |
均值 | 125.8 | 304.4 | 130.3 | 107.7 | 950.7 | 195.6 | 204.9 | 172.7 | 942.9 | |
极差 | 11 | 44 | 12 | 5 | 4.3 | 19 | 18 | 18 | 6.2 | |
相对极差 | 8.7% | 14.4% | 9.2% | 4.6% | 0.45% | 9.7% | 8.7% | 10.4% | 0.65% |
序号 | 高低角/ 方向角/ (°) | 测点1 | 测点2 | 测点3 | 测点4 | ||||||||
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距炮 口/ m | 最大超压 峰值均值/ kPa | 最大峰值 时刻均值/ ms | 距炮 口/ m | 最大超压 峰值均值/ kPa | 最大峰值 时刻均值/ ms | 距炮 口/ m | 最大超压 峰值均值/ kPa | 最大峰值 时刻均值/ ms | 距炮 口/ m | 最大超压 峰值均值/ kPa | 最大峰值 时刻均值/ ms | ||
1 | 14/0 | 2.17 | 195.6 | 3.77 | 2.40 | 204.9 | 4.12 | 2.36 | 172.7 | 3.95 | |||
2 | 30/0 | 4.09 | 77.7 | 8.92 | 3.86 | 62.1 | 7.7 | ||||||
3 | 51/0 | 6.74 | 43.6 | 15.72 | 5.56 | 74.2 | 12.77 | ||||||
4 | 65/0 | 8.20 | 35.5 | 20.33 | 6.99 | 56 | 16.83 | ||||||
5 | 65/-23.4 | 8.23 | 40.05 | 20.37 | 7.6 | 26.7 | 19.16 | ||||||
6 | 14/-25 | 3.01 | 108.8 | 4.89 | 2.13 | 210.6 | 3.48 | ||||||
7 | 0/-25 | 2.46 | 125.8 | 3.5 | 1.88 | 304.4 | 2.79 | 2.01 | 130.3 | 2.87 | 2.61 | 107.7 | 4.28 |
表2 不同射角下各测点最大超压峰值均值
Table 2 Average peak overpressure at each measuring point at different firing angles
序号 | 高低角/ 方向角/ (°) | 测点1 | 测点2 | 测点3 | 测点4 | ||||||||
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距炮 口/ m | 最大超压 峰值均值/ kPa | 最大峰值 时刻均值/ ms | 距炮 口/ m | 最大超压 峰值均值/ kPa | 最大峰值 时刻均值/ ms | 距炮 口/ m | 最大超压 峰值均值/ kPa | 最大峰值 时刻均值/ ms | 距炮 口/ m | 最大超压 峰值均值/ kPa | 最大峰值 时刻均值/ ms | ||
1 | 14/0 | 2.17 | 195.6 | 3.77 | 2.40 | 204.9 | 4.12 | 2.36 | 172.7 | 3.95 | |||
2 | 30/0 | 4.09 | 77.7 | 8.92 | 3.86 | 62.1 | 7.7 | ||||||
3 | 51/0 | 6.74 | 43.6 | 15.72 | 5.56 | 74.2 | 12.77 | ||||||
4 | 65/0 | 8.20 | 35.5 | 20.33 | 6.99 | 56 | 16.83 | ||||||
5 | 65/-23.4 | 8.23 | 40.05 | 20.37 | 7.6 | 26.7 | 19.16 | ||||||
6 | 14/-25 | 3.01 | 108.8 | 4.89 | 2.13 | 210.6 | 3.48 | ||||||
7 | 0/-25 | 2.46 | 125.8 | 3.5 | 1.88 | 304.4 | 2.79 | 2.01 | 130.3 | 2.87 | 2.61 | 107.7 | 4.28 |
测点 | 0°/ -25°射角工况 | 14°/0°射角工况 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
最大超压 峰值/kPa | 最大超 压峰值 误差/% | 最大超压 峰值/kPa | 最大超 压峰值 误差/% | |||
试验值 | 仿真值 | 试验值 | 仿真值 | |||
1 | 132.41 | 134.22 | 1.37 | 203.73 | 226.08 | 10.97 |
2 | 305.83 | 294.91 | 3.57 | |||
3 | 132.40 | 132.18 | 0.17 | 213.85 | 220.32 | 3.03 |
4 | 105.47 | 107.91 | 2.31 | 164.47 | 184.99 | 12.48 |
表3 试验与仿真结果最大超压峰值对比
Table 3 Comparison of experimental and simulated maximum peak overpressures
测点 | 0°/ -25°射角工况 | 14°/0°射角工况 | ||||
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最大超压 峰值/kPa | 最大超 压峰值 误差/% | 最大超压 峰值/kPa | 最大超 压峰值 误差/% | |||
试验值 | 仿真值 | 试验值 | 仿真值 | |||
1 | 132.41 | 134.22 | 1.37 | 203.73 | 226.08 | 10.97 |
2 | 305.83 | 294.91 | 3.57 | |||
3 | 132.40 | 132.18 | 0.17 | 213.85 | 220.32 | 3.03 |
4 | 105.47 | 107.91 | 2.31 | 164.47 | 184.99 | 12.48 |
[1] |
钱林方, 徐亚栋, 陈龙淼. 车载炮设计理论和方法[M]. 北京: 科学出版社, 2022.
|
|
|
[2] |
廖振强. 自动武器气体动力学[M]. 北京: 国防工业出版社, 2014.
|
|
|
[3] |
|
[4] |
doi: 10.1016/j.dt.2020.06.019 |
[5] |
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.
|
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.07.005 |
|
[6] |
王丹宇, 南风强, 廖昕, 等. 考虑化学反应的大口径火炮炮口流场特性[J]. 兵工学报, 2021, 42(8):1624-1630.
|
|
|
[7] |
|
[8] |
|
[9] |
张焕好, 陈志华, 姜孝海, 等. 膛口装置三维流场的数值模拟及制退效率计算[J]. 兵工学报, 2011, 32(5):513-519.
|
|
|
[10] |
郭则庆, 王杨, 姜孝海, 等. 膛口初始流场对火药燃气流场影响的数值研究[J]. 兵工学报, 2012, 33(6):663-668.
|
|
|
[11] |
余海伟, 袁军堂, 汪振华, 等. 新型结构炮口制退器的膛口冲击波数值研究与性能分析[J]. 高压物理学报, 2020, 34(6):101-111.
|
|
|
[12] |
孙全兆, 范社卫, 王殿荣, 等. 某突击炮炮口流场数值模拟研究[J]. 弹道学报, 2019, 31(4):63-67.
doi: 10.12115/j.issn.1004-499X(2019)04-011 |
doi: 10.12115/j.issn.1004-499X(2019)04-011 |
|
[13] |
|
[14] |
|
[15] |
赖富文, 孔凡胜, 高赫, 等. 基于LXL总线的炮口冲击波分布式测试系统设计[J]. 兵器装备工程学报, 2021, 42(9):183-188.
|
|
|
[16] |
陈龙淼, 钱林方, 江坤. 某车载榴弹炮车身在炮口冲击波作用下动态响应分析[J]. 弹道学报, 2006, 18(1):59-62.
|
|
|
[17] |
王宗千. 某型车载炮炮口冲击波作用下的车辆驾驶室疲劳分析与优化[D]. 南京: 南京理工大学, 2017.
|
|
|
[18] |
秦天柱. 基于炮口冲击波防护的车身结构响应分析及优化设计研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2016.
|
|
|
[19] |
陈晓雅, 鲁超, 孙万来, 等. 某载炮车防冲击波驾驶室结构设计研究[J]. 爆破, 2018, 35(3):172-178.
|
|
|
[20] |
游首先, 张政涛. 兵器工业科学技术词典-火炮与火箭发射装置[M]. 北京: 国防工业出版社, 1991.
|
|
|
[21] |
张小兵. 枪炮内弹道学[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 2014.
|
|
|
[22] |
李鸿志, 姜孝海, 王杨, 等. 中间弹道学[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 2014.
|
|
|
[23] |
|
[1] | 熊漫漫, 覃彬, 徐诚, 安硕, 伍杨. 冲击波作用有/无防护颅脑靶标动态响应规律[J]. 兵工学报, 2022, 43(9): 2182-2189. |
[2] | 钱林方, 陈光宋, 林通, 刘太素. 车载炮底盘载荷分离设计技术[J]. 兵工学报, 2022, 43(11): 2773-2784. |
[3] | 田灵飞, 钱林方, 陈龙淼, 岳才成. 基于未知输入观测器的车载炮电液位置伺服系统故障检测[J]. 兵工学报, 2018, 39(11): 2100-2108. |
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