超高射頻火炮可以在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)射大量彈丸,形成火力密度高、落點(diǎn)相對(duì)集中的彈幕,對(duì)于我軍近程防御系統(tǒng)、反襲擊和區(qū)域封鎖武器系統(tǒng)的發(fā)展具有重大意義,但是超高射頻火炮的發(fā)展還需要攻克一些技術(shù)難題,其中之一是"內(nèi)彈道性能參數(shù)一致性技術(shù)"。本文以某小口徑超高射頻火炮為背景,通過理論分析和數(shù)值模擬,深入地研究了超高射頻火炮彈藥結(jié)構(gòu)、身管內(nèi)不同發(fā)射次序彈丸的行程差異、射擊頻率以及膛口流場(chǎng)對(duì)內(nèi)彈道性能參數(shù)一致性的影響,得到的結(jié)論和方法可以為超高射頻火炮的研制工作提供理論指導(dǎo)。具體內(nèi)容總結(jié)如下:a)建立了彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮經(jīng)典內(nèi)彈道模型,使用四階Runge-Kutta算法,編制了經(jīng)典內(nèi)彈道計(jì)算程序,在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證計(jì)算程序模擬結(jié)果可信的基礎(chǔ)上,計(jì)算了不同發(fā)射時(shí)間間隔、不同裝填條件下的3發(fā)彈丸彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮內(nèi)彈道過程,得到了發(fā)射時(shí)間間隔、裝填條件變化對(duì)各發(fā)彈丸內(nèi)彈道性能的影響規(guī)律,結(jié)合使用內(nèi)彈道計(jì)算程序和定量修正公式,較為簡(jiǎn)單方便地得到了超高射頻火炮串聯(lián)發(fā)射的內(nèi)彈道性能參數(shù)一致性校正結(jié)果。b)建立了彈藥整裝式超高射頻火炮的經(jīng)典內(nèi)彈道模型,編制了數(shù)值模擬程序,分別模擬了 3發(fā)彈丸不同發(fā)射時(shí)間間隔和裝填條件下的串聯(lián)發(fā)射內(nèi)彈道過程,得到了發(fā)射時(shí)間間隔、裝填條件變化對(duì)各發(fā)彈丸內(nèi)彈道性能的影響規(guī)律,結(jié)合使用經(jīng)典內(nèi)彈道計(jì)算程序和定量修正公式,較為簡(jiǎn)單方便地得到彈藥整裝式超高射頻火炮串聯(lián)發(fā)射的內(nèi)彈道性能參數(shù)一致性校正結(jié)果,但是整裝式彈藥的結(jié)構(gòu)特性降低了火藥氣體的做功效率,浪費(fèi)了發(fā)射藥能量,從串聯(lián)發(fā)射內(nèi)彈道性能和內(nèi)彈道性能參數(shù)一致性校正結(jié)果優(yōu)劣的的角度來(lái)說,不是一個(gè)很好的彈藥設(shè)計(jì)方案。c)分析了現(xiàn)有的彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮彈丸定位技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn),選擇了彈藥結(jié)構(gòu)最接近常規(guī)彈丸的彈丸摩擦自鎖定位方案進(jìn)行定位性能研究。通過對(duì)彈丸自鎖定位結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析論證、有限元模擬驗(yàn)證了彈丸自鎖定位方案的可行性,得到了最大摩擦系數(shù)、止退環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù)等參數(shù)變化對(duì)定位性能的影響規(guī)律,確定了能夠?qū)崿F(xiàn)可靠定位的彈丸自鎖定位方案彈藥結(jié)構(gòu)的具體尺寸參數(shù),為彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮的兩相流內(nèi)彈道數(shù)值模擬提供了可信的計(jì)算初始條件,減小彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮兩相流內(nèi)彈道模型建立和數(shù)值模擬的難度和工作量。d)為了更加精確地研究彈前火藥氣體運(yùn)動(dòng)過程對(duì)彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮內(nèi)彈道過程的影響和極限情況下兩發(fā)彈丸同時(shí)在身管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過程,以得到更準(zhǔn)確的各發(fā)彈丸內(nèi)彈道性能參數(shù)一致性校正結(jié)果,建立了彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮彈后膛內(nèi)和彈前空間的兩相流模型,兩者通過彈丸運(yùn)動(dòng)緊密耦合,使用MacCormark差分格式,編制了兩相流內(nèi)彈道計(jì)算程序,在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證計(jì)算程序模擬結(jié)果可信的基礎(chǔ)上,計(jì)算了不同發(fā)射時(shí)間間隔、不同裝填條件下的3發(fā)彈丸彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮內(nèi)彈道過程,得到了發(fā)射時(shí)間間隔、裝填條件變化對(duì)各發(fā)彈丸內(nèi)彈道性能的影響規(guī)律,并且知道導(dǎo)致經(jīng)典內(nèi)彈道模型和兩相流內(nèi)彈道模型計(jì)算結(jié)果存在較大差異的主要原因是兩種內(nèi)彈道模型計(jì)算得到的彈頭壓力和彈前壓力差異很大。結(jié)合使用兩相流內(nèi)彈道計(jì)算程序和定量修正公式,可以得到發(fā)射時(shí)間間隔較大時(shí)的超高射頻火炮串聯(lián)發(fā)射內(nèi)彈道性能參數(shù)一致性校正結(jié)果,但是發(fā)射時(shí)間間隔較小時(shí),只能校正各發(fā)彈丸炮口速度一致,并盡量降低后兩發(fā)彈丸的最大膛底壓力,但是后兩發(fā)彈丸的最大膛底壓力無(wú)法降至與第1發(fā)彈丸的最大膛底壓力一致。兩相流內(nèi)彈道模型和經(jīng)典內(nèi)彈道模型計(jì)算的彈頭壓力和彈前壓力差異較大,導(dǎo)致基于兩種內(nèi)彈道模型的一致性校正方案差異很大,其中兩相流內(nèi)彈道模型的計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。e)為了研究彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮串聯(lián)發(fā)射時(shí)膛口流場(chǎng)對(duì)各發(fā)彈丸初速一致性的影響,建立了考慮初始流場(chǎng)、耦合經(jīng)典內(nèi)彈道模型的彈藥串聯(lián)裝填超高射頻火炮彈丸串聯(lián)發(fā)射膛口流場(chǎng)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型,使用有限體積法計(jì)算了不同發(fā)射時(shí)間間隔的兩發(fā)彈丸串聯(lián)發(fā)射的膛口流場(chǎng)發(fā)展過程,發(fā)現(xiàn)影響彈丸出炮口后速度增加量的主要因素是彈丸的炮口壓力大小,炮口壓力可以作為彈丸出炮口后速度增量的判斷依據(jù),不同發(fā)射次序彈丸的炮口壓力不一致,使得出炮口后的速度增加量不同,可在超高射頻火炮內(nèi)彈道設(shè)計(jì)時(shí)配合炮口壓力予以提前修正,以盡量使不同發(fā)射次序彈丸的初速達(dá)到一致。經(jīng)典內(nèi)彈道模型在耦合較精確彈頭阻力時(shí)能夠得到與兩相流內(nèi)彈道模型相近的內(nèi)彈道性能參數(shù)計(jì)算結(jié)果。超高射頻火炮串聯(lián)發(fā)射時(shí),第1發(fā)彈丸膛口流場(chǎng)的消散過程和后續(xù)彈丸膛口流場(chǎng)的形成過程與傳統(tǒng)火炮的膛口流場(chǎng)過程是不同的,隨著發(fā)射時(shí)間間隔的縮短,前發(fā)彈丸的膛口流場(chǎng)對(duì)次發(fā)彈丸出炮口后彈頭壓力的影響逐漸增大,使彈頭壓力曲線變化幅度增大,但是第2發(fā)及后續(xù)彈丸的彈頭壓力在彈頭出炮口后置為零對(duì)內(nèi)彈道計(jì)算結(jié)果影響很小。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TJ301
【部分圖文】：

邐超高射頻火炮內(nèi)彈道性能參數(shù)一致性研充逡逑管前就已經(jīng)加工組裝成整體，而圖１．２所示彈丸和裝藥在裝入身管前兩者是分開的。逡逑圖１．１中定位方案稱為＂彈藥一體首尾相接式＂定位方案，圖１．１所示為最初的原理逡逑圖，在之后公開的發(fā)明專利ｔｅｗＤｌ中，＂彈藥一體首尾相接式＂定位方案的彈藥結(jié)構(gòu)設(shè)逡逑計(jì)逐漸完善并分化為若干種種類，但是基本定位原理是一致的。圖１．２中定位方案稱逡逑為＂彈藥分裝首尾相接式＂定位方案，圖１．２所示為最初的原理圖，主要支撐部件是逡逑－根中也桿，而在之后公開的發(fā)明專利中，＂彈藥分裝首尾相接式＂定位方案的彈藥逡逑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逐漸分化為支撐環(huán)甚至多個(gè)支撐部件串聯(lián)定位ｔｎｉ等若干種種類，但是逡逑基本定位原理是一致的。逡逑恱kw腑ｍ邋阻姦壚刪榦邋Ｉ壚化＇}0腑扣佭ＭｉｉＭ邋ｗｍｍｍＭｗＭ涵逡逑圖１．１邋＂彈藥一體首尾相接式＂定位方案邐圖１．２邋＂彈藥分裝首尾相接式＂定位方案逡逑０’Ｄｗｙｅｒ在１９９７年公開的發(fā)明專利ｆ７３咕提出了圖１．３中的＂環(huán)圈－壁槽模合式＂逡逑定位方案。彈丸的支撐部件為剖面成c坌巍⑼獗礱婊沸甕蠱鷯肷砉鼙諉婊沸吻脅厶襄義系幕啡�，材零暘铅謱�(shí)卻竺芏冉鶚舨牧稀５鋇柚魈迨艿酵凡炕鷚┢逖沽ι暈⑾蠔簀義顯碩

本文編號(hào)：2829907