兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (7): 1867-1880.doi: 10.12382/bgxb.2022.0172
王雪琴1, 马吴宁1, 马大为1,*(), 王尚龙2, 张震东1
收稿日期:
2022-03-18
上线日期:
2023-07-30
通讯作者:
基金资助:
WANG Xueqin1, MA Wuning1, MA Dawei1,*(), WANG Shanglong2, ZHANG Zhendong1
Received:
2022-03-18
Online:
2023-07-30
摘要:
无杆式高压气动弹射器因开口的固有结构决定其存在一定量的泄漏,为此设计并开展样机泄漏测试试验。基于由实验数据拟合的标准干空气热力学状态方程,分别按理想气体和真实气体对比计算泄漏率,并拟合泄漏率随压力、行程变化的经验公式。建立考虑动态泄漏、真实气体效应及真实开阀规律的精确内弹道模型,对考虑和不考虑泄漏两种工况的结果进行对比,并详细分析考虑泄漏的弹射过程中热力学参数与负载运动参数的变化规律,将其与弹射试验数据、流体仿真结果进行对比。研究结果表明:按理想气体计算的泄漏率比真实气体偏小约4%;泄漏率不超过4%/s;考虑泄漏的精确内弹道模型计算结果与弹射试验数据、流体仿真结果均基本一致,具有较高的计算精度。
王雪琴, 马吴宁, 马大为, 王尚龙, 张震东. 考虑泄漏的无杆式高压气动弹射器内弹道精确建模及试验[J]. 兵工学报, 2023, 44(7): 1867-1880.
WANG Xueqin, MA Wuning, MA Dawei, WANG Shanglong, ZHANG Zhendong. Accurate Internal Ballistics Modeling and Testing of Rodless High Pressure Pneumatic Catapult Considering Leakage[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(7): 1867-1880.
参数 | 数值 |
---|---|
最大冷凝温度Tm/K | 132.6312 |
最大冷凝密度ρm/(kg·m-3) | 302.5654 |
最大冷凝压力pm/MPa | 3.7850 |
摩尔质量M/(kg·mol-1) | 0.0289586 |
空气理想气体常数R/(J·(kg·K)-1) | 287.0041 |
表1 干空气的参考常数
Table 1 Reference parameters of dry air
参数 | 数值 |
---|---|
最大冷凝温度Tm/K | 132.6312 |
最大冷凝密度ρm/(kg·m-3) | 302.5654 |
最大冷凝压力pm/MPa | 3.7850 |
摩尔质量M/(kg·mol-1) | 0.0289586 |
空气理想气体常数R/(J·(kg·K)-1) | 287.0041 |
l/m | p/MPa | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
1.77 | 2.76 | 3.76 | ||||
理想 气体 | 真实 气体 | 理想 气体 | 真实 气体 | 理想 气体 | 真实 气体 | |
0 | 2.77 | 2.85 | 2.62 | 2.73 | 2.41 | 2.50 |
1.11 | 2.85 | 2.95 | 2.77 | 2.88 | 2.47 | 2.57 |
2.18 | 2.95 | 3.05 | 2.87 | 2.98 | 2.76 | 2.85 |
3.24 | 3.05 | 3.14 | 3.00 | 3.10 | 2.85 | 2.93 |
4.18 | 3.12 | 3.20 | 3.06 | 3.16 | 2.89 | 2.98 |
5.18 | 3.27 | 3.38 | 3.13 | 3.23 | 2.95 | 3.03 |
表2 两种计算方式下的泄漏率
Table 2 Leakage rate obtained using two calculation methods
l/m | p/MPa | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
1.77 | 2.76 | 3.76 | ||||
理想 气体 | 真实 气体 | 理想 气体 | 真实 气体 | 理想 气体 | 真实 气体 | |
0 | 2.77 | 2.85 | 2.62 | 2.73 | 2.41 | 2.50 |
1.11 | 2.85 | 2.95 | 2.77 | 2.88 | 2.47 | 2.57 |
2.18 | 2.95 | 3.05 | 2.87 | 2.98 | 2.76 | 2.85 |
3.24 | 3.05 | 3.14 | 3.00 | 3.10 | 2.85 | 2.93 |
4.18 | 3.12 | 3.20 | 3.06 | 3.16 | 2.89 | 2.98 |
5.18 | 3.27 | 3.38 | 3.13 | 3.23 | 2.95 | 3.03 |
参数 | 数值 |
---|---|
活塞推力面积S/m2 | 0.0435 |
低压室初始容积V0 /m3 | 0.1 |
开口气缸数目n/个 | 2 |
高压室容积Vh/m3 | 2.5 |
发射角α/(°) | 88 |
空气绝热系数γ | 1.4 |
流量修正系数μx | 0.96 |
阀门管道半径r/m | 0.125 |
标准大气压力pa/Pa | 10132.5 |
弹射质量me/kg | 16000 |
表3 模型中的相关参数
Table 3 Relevant parameters of the model
参数 | 数值 |
---|---|
活塞推力面积S/m2 | 0.0435 |
低压室初始容积V0 /m3 | 0.1 |
开口气缸数目n/个 | 2 |
高压室容积Vh/m3 | 2.5 |
发射角α/(°) | 88 |
空气绝热系数γ | 1.4 |
流量修正系数μx | 0.96 |
阀门管道半径r/m | 0.125 |
标准大气压力pa/Pa | 10132.5 |
弹射质量me/kg | 16000 |
X1/ (kg·m-3) | X2/ K | X3/ kg | X4/ (kg·m-3) | X5/ K | X6/ m | X7/ (m·s-2) | X8/ m |
---|---|---|---|---|---|---|---|
153 | 300 | 0.2354 | 1.177 | 300 | 0 | 0 | 0 |
表4 自变量的初始值
Table 4 Initial values of the variables
X1/ (kg·m-3) | X2/ K | X3/ kg | X4/ (kg·m-3) | X5/ K | X6/ m | X7/ (m·s-2) | X8/ m |
---|---|---|---|---|---|---|---|
153 | 300 | 0.2354 | 1.177 | 300 | 0 | 0 | 0 |
[1] |
谭大成. 弹射内弹道学[M]. 北京: 北京理工大学出社, 2015.
|
|
|
[2] |
芮守祯, 邢玉明. 几种导弹弹射动力系统内弹道性能比较[J]. 北京航空航天大学学报, 2009, 5(6):766-770.
|
|
|
[3] |
姚琳, 马大为, 任杰, 等. 无杆式气缸弹射装置内弹道仿真与优化设计[J]. 振动与冲击, 2017, 36(6):122-127.
|
|
|
[4] |
杨风波, 马大为, 杨帆, 等. 高压弹射装置内弹道建模与计算[J]. 兵工学报, 2013, 4(5):527-534.
|
|
|
[5] |
doi: 10.1016/0009-2509(72)80096-4 URL |
[6] |
|
[7] |
|
[8] |
李悦, 裴锦华. 无人机气液压发射动力学数值仿真[J]. 机械工程学报, 2011, 47(8):183-190.
|
|
|
[9] |
田兵, 王树宗, 练永庆. 水下蓄能式发射装置结构优化[J]. 兵工学报, 2011, 32(9):1094-1098.
|
|
|
[10] |
赫雷, 尚兴超, 周克栋, 等. 一种压缩空气驱动的武器发射过程动力学分析[J]. 振动与冲击, 2014, 33(21):202-206.
|
|
|
[11] |
卢伟, 马晓平, 周明. 无人机气动弹射动力学仿真与优化[J]. 西北工业大学学报, 2014, 32(6):865-871.
|
|
|
[12] |
刘少刚, 刘刚, 赵丹, 等. 气动发射灭火炮伴随式击发装置研究[J]. 兵工学报, 2013, 34(10):1318-1323.
doi: 10. 3969/ j. issn. 1000-1093. 2013. 10. 019 |
|
|
[13] |
牛清勇, 李天匀, 朱翔, 等. 水下气动发射装置发射性能参数灵敏度分析[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2015, 36(7):877-881.
|
|
|
[14] |
李博平, 李国庆, 张笈玮, 等. 压缩空气弹射系统内弹道特性[J]. 兵工学报, 2021, 42(12):2606-2616.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.12.008 |
|
|
[15] |
|
[16] |
杨风波, 马大为, 杨帆, 等. 高压弹射装置内弹道建模与计算[J]. 兵工学报, 2013, 4(5):527-534.
|
|
|
[17] |
|
[18] |
任锐, 马大为, 姚琳, 等. 多级气动液压弹射装置建模及性能研究[J]. 兵工学报, 2016, 7(8):1365-1372.
|
|
|
[19] |
doi: 10.1016/j.psep.2019.03.010 URL |
[20] |
|
[21] |
姚琳, 马大为, 任杰, 等. 高速无杆气缸作动器密封圈润滑性能分析[J]. 浙江大学学报(工学版), 2017, 51(8):1568-1574.
|
|
[1] | 丁彦超, 王宝寿, 吴文婷, 刘新辉, 童心. 水压驱动两级提拉式水下发射装置内弹道建模[J]. 兵工学报, 2024, 45(2): 594-605. |
[2] | 田忠亮, 李军伟, 贺业, 许团委, 丁淼, 王宁飞. 横向过载下锥孔三维药柱的内弹道特性[J]. 兵工学报, 2023, 44(7): 1896-1907. |
[3] | 师军飞, 钱林方, 陈红彬, 付佳维. 埋头弹高速冲击挤进入膛特性研究[J]. 兵工学报, 2023, 44(3): 656-669. |
[4] | 常人九, 薛晓春, 余永刚. 计及动态冲击挤进过程的埋头式弹药内弹道特性[J]. 兵工学报, 2022, 43(9): 2388-2398. |
[5] | 赵子熹, 姜毅, 贾启明, 牛钰森. 基于高压工质的弹射内弹道研究[J]. 兵工学报, 2022, 43(7): 1553-1564. |
[6] | 贾启明, 姜毅, 杨莹, 赵子熹, 王志浩. 新型推力可控垂直发射装置及其内弹道规律[J]. 兵工学报, 2022, 43(7): 1596-1605. |
[7] | 曾培高, 姜毅, 杨哩娜. 上浮式水面发射筒弹射内弹道特性[J]. 兵工学报, 2022, 43(6): 1266-1276. |
[8] | 陈勇, 李胜, 阮健, 吴常盛, 张浩. 微型高压二维活塞泵的设计与容积效率[J]. 兵工学报, 2022, 43(2): 423-433. |
[9] | 汪靖程, 李晓刚, 叶耀坤, 丁峰, 熊诗辉, 温玉全. 分离螺母多种火药燃烧模型及影响因素[J]. 兵工学报, 2022, 43(12): 3070-3081. |
[10] | 高峰, 张泽. 含装药缺陷的固体火箭发动机性能评估综述[J]. 兵工学报, 2021, 42(8): 1789-1802. |
[11] | 赵奇峰, 李运良, 李进, 张向荣, 朱玉荣, 谭书舜, 张子栋. 基于应变测试系统的二级轻气炮活塞运动测量[J]. 兵工学报, 2021, 42(8): 1803-1808. |
[12] | 宋健, 宋向华, 蔡蒨, 佘湖清. 火箭弹自力弹射内弹道特性[J]. 兵工学报, 2021, 42(5): 944-954. |
[13] | 李博平, 李国庆, 张笈玮, 吕宏亮, 武军, 李孟源, 李聪睿. 压缩空气弹射系统内弹道特性[J]. 兵工学报, 2021, 42(12): 2606-2616. |
[14] | 杨丹, 殷凤龙, 梁小冬, 廖洪波, 李尔康. 金属包装容器二重卷封结构的泄漏机理及其实验研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(1): 183-188. |
[15] | 金文奇, 宁金贵, 王剑, 邓波. 基于全膛烧蚀磨损特征的火炮内弹道仿真研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(5): 968-977. |
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