摘要轻气炮是一种用高温低分子量的轻气体工质以膨做功方式来推动弹丸，使弹丸获得极高速的发射系统。本文采用拉格朗日追踪法，运用Von Neumann Richtmyer 差分格式，对一维非定常气体，等熵情况下的动力学模型进行内弹道数值的仿真数值模拟。实现一级轻气炮内弹道发射过程模拟。并通过改变初始条件，如温度、压力、膛长、颈缩比、弹丸质量，对工质不同（氢气、氦气、空气）情况下的气体进行对比分析，总结出装填条件对一级轻气炮的发射性能的影响规律。61028
毕业论文关键字：一级轻气炮 数值模拟 差分格式 内弹道
Title ：PERFORMANCE ANALYSIS AND PARAMETER DESIGN OF ONE-STAGE CONDENSE LIGHT GAS Abstract Light gas gun is a launching system in which the projectile is promoted to a hypervelocity through the expansion work of the light gas working substance with high temperature and low molecular weight. In this paper, by the adoption of Lagrange tracing method and Von Neumann Richtmyer difference scheme, the kinetic model under isentropic circumstances of the unsteady one-dimensional gas is numerically simulated in terms of interior ballistic values. Furthermore, by changing the initial conditions, such as temperature, pressure, bore length, necking ratio, and projectile mass, statistics under different working substances (hydrogen, helium, air) are contrastively analyzed in order to reveal the regular pattern how loading conditions influence the emission properties of a light gas gun and thus further to facilitate the design of a light gas gun suitable to certain parameters.
Keywords one-stage light gas gun numerical simulation difference scheme internal ballistics
目录
1绪论1
1.1研究目的和意义.1
1.2.1国外轻气炮研究现状2
1.2.2国内轻气炮研究现状3
1.3本文研究的主要内容4
2一级轻气炮内弹道过程.6
2.1引言.6
2.2一级轻气炮结构.6
2.3一级轻气炮的工程设计.7
2.3.1发射管7
2.3.2气室和释放机构7
2.3.3注气系统8
2.4一级轻气炮的发射过程.8
2.5本章小结.9
3一级轻气炮内弹道模型及数值方法.10
3.1引言10
3.2一级轻气炮内弹道数值模型10
3.2.1物理模型及基本假设.10
3.2.2数学模型.11
3.2.3数值计算方法.11
3.3本章小结13
4一级轻气炮数值模拟15
4.1引言15
4.2软件介绍15
4.3一级轻气炮数值模拟结果及其分析17
4.4一级轻气炮发射性能的影响因素分析19
4.4.1初始注气压力变化对弹丸弹底压力及速度的影响.19
4.4.2弹丸质量变化对弹丸弹底压力及弹速的影响.23
4.4.3初始温度变化对弹丸弹底压力及弹速的影响.26
4.4.4变缩颈比对弹丸弹底压力及弹速的影响.31
结论.36
致谢.37
参考文献38
1 绪论 1.1 研究目的和意义 随着科技不断进步，人类发射航天器的技术水平已很成熟，目前飞机的航速已达到空气声速的 2.5－3 倍，在如此高的飞行速度下，原初速只有 1km/s 的高射炮射击的命中率要明显下降了。这样一个令人深思的重要问题就是：如果在太空中航天器以8km/s以上的速度运动时与陨石相碰，会有多大的破坏呢？ 然而高压物理的研究发展，对以上问题的解决有着很大帮助，但是它的发展也需要人们产生出更高的压力载荷。目前有效的实验室条件是借助高速飞板与材料相撞产生的强冲击波对材料冲击加载。 人们已经研究了如何加速弹丸和粒子的方法。虽说这些技术可以达到相当高的速度指标，但是从实验研究的角度看，都还是达不到与气体炮发射器竞争的地步[1]。 发展各种高速的推进技术以便进一步提高火炮弹丸初速， 一直以来都是常规兵器发展所面临的重要课题。尽管人们已经采用提高膛压、增长身管、研制新型火药、提高装填密度、改进火药形状以及燃烧特性文献综述、减轻弹丸的质量、增大口径等一系列的办法，希望将弹丸初速提高到一个新水平，但由于受到燃气热物理性质、化学发射药能量密度以及材料强度的限制，在实际应用中很难使弹丸加速到达超过 2000m/s以上的要求[2]。 轻气炮是一种依靠低分子量高温气体膨胀做功的方法来推动弹丸，使弹丸获得高速的发射系统。它是一种特别通用的高压加载和高速发射工具，这是由于它可以发射各种形状和质量的弹丸，对弹丸材料、质量和尺寸的要求不高，因此应用领域比较广泛。该炮最显著的优点是：弹丸承受较低的加速度和较小应力的情况下可以获得较高的速度[3]。 20 世 纪 40 年代末到60年代中期，这种高温低分子量气体的发射系统，在实验室内进行超高速发射的研究中已经包括了当今研究工作中的碰撞问题，并得到了一定的成果。轻气炮技术的应用范围越来越广泛，最常见的研究内容有: a) 研究高速和超高速碰撞的终点效应，如陨石碰撞、导弹、宇宙飞船以及人造卫星可能经受陨石和空间碎石群撞击的情况等；b) 研究冲击波的产生和衰减规律，以及由冲击波引起的材料的动态力学性能，包括材料在冲击波作用下的动态屈服强度、层裂强度、相变、高温高压下材料的剪切模量、体积模量等； c) 研究材料的高压物态方程和低压本构关系，包括利用轻气炮测量材料的冲击绝热曲线和等熵压缩线等； d) 研究材料在冲击压缩下的光谱，以及气体在高温高压下的辐射输运系数等； e) 研究材料在高温高压下的电磁性能，如电导率的变化规律等； f) 研究透明或非透明材料在高温高压下的熔化特征，冲击波温度的测量等； g) 研究炸药的冲击引爆规律以及炸药的分解反应等； h) 研究地球深部的物理现象； i) 研究弹丸气动力弹道学和终点弹道学，也用于特种材料在高温碰撞条件下的力学性能的研究[4]。 但是，现如今的研究大都是在特定结构参数下进行的，参数变化受到了一定的限制。因此，运用计算机仿真再现轻气炮内弹道特性，对于优化轻气炮选择合适参数有着重要的作用。 单级压缩轻气炮内弹道性能分析及参数设计:http://www.751com.cn/jixie/lunwen_66633.html