2.2 RLPG点火过程的物理模型
再生式液体发射药火炮的点火、喷射的物理过程,可大致划分为以下三个阶段:
第一阶段,点火室气体压力小于破膜压力,膜片未破裂。该过程内,点火室内的固体火药点燃,随着燃烧的进行,点火室内的压力增大,达到膜片的破裂压力时,膜片破裂,进入第二过程。
第二阶段,膜片破裂,燃烧室内压力未达到活塞启动压力。该过程内,燃烧室内初始压力为大气压,膜片破裂后,点火室内的火药气体迅速喷入燃烧室,燃烧室压力增大,达到活塞启动压力时,活塞启动,进入第三过程。
第三阶段,活塞启动,贮液室内液体喷入燃烧室进行燃烧。该过程内,活塞运动挤压贮液室,贮液室容积变小,液体工质喷射进入燃烧室进行燃烧,燃烧室压力进一步增大,继续推进活塞向贮液室运动,液体工质持续喷射并燃烧,直到过程结束。
根据以上再生式液体火炮的点火、喷射现象,对全过程进行以下假设:
1)破膜前,燃烧室内为大气压力;
2)破膜后,火药气体流速视为当地音速;
3) 由于全过程时间较短,火药气体喷入燃烧室视作绝热膨胀;
4) 模拟液体火药工质喷入燃烧室后呈雾状,其所占体积在火药气体状态方程中以余容方式修正,其吸收的热量用唯象系数修正[14]。
5) 通过唯象系数来修正活塞运动过程中的阻力。
2.3 RLPG点火过程的数学模型
根据上述过程阶段的划分,建立数学模型如下[15-17]:
2.3.1 破膜前
火药燃速方程: (1)
火药形状函数:
点火室火药气体密度:
点火室火药气体状态方程:
其中, 为点火室容积, 为装药量, 为火药密度, 为火药气体余容, 为火药力。
上述四个方程中有 四个未知数,方程组封闭。
2.3.2 破膜后,活塞启动前
火药燃速方程: (1)
火药形状函数: (2)
点火室火药气体流入燃烧室的速度:
其中, 为绝热比, 为点火室气体温度, 为燃烧室压力。
火药气体质量流率方程:(6)
点火室火药气体密度 (7)
点火室火药气体状态方程: (8)
点火室气体能量方程:(9)
燃烧室气体密度: (10)
其中 为燃烧室容积。
燃烧室气体状态方程:
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