(4)在23mm再生式液体发射药火炮点火试验结果基础上,进行数值模拟研究。调好程序后,输入数据,随后运行程序进行数值模拟,得到数据后运用origin8.0绘制RLPG燃烧室及贮液室内p-t曲线,并将得到曲线图与实验结果进行比较分析,判断该数值模拟模型好坏。
(5)改变参数,研究各参数变化对数值模拟结果的影响。为使该模型可以运用于工程实际,需要知道该模型在各参数的哪个范围内可行,故需要研究众多参数变化对模拟结果的影响。本文探索研究了在不同破膜压力和活塞启动压力、火药力、燃速指数、燃速系数、火药尺寸诸元以及喷孔直径下对数值模拟结果的影响。
2 再生式液体炮点火模型
2.1 物理模型
2.1.1 点火喷射过程特点
RLPG模拟装置点火及喷射过程的特点简述如下[18]:
(1) 第一阶段:电击产生一个脉冲电流,点燃点火药,火药燃烧产生大量火药气体,火药燃气使点火室内压力逐渐升高;
(2) 第二阶段:当点火室压力达到铜膜片的破膜压力时,铜膜片发生破裂,火药燃气迅速喷入燃烧室内,使燃烧室内压力逐渐升高;
(3) 第三阶段:从燃烧室内压力增大至活塞启动压力起,活塞开始后退并压缩贮液室内的模拟液体工质,贮液室内的模拟液体工质通过环形间隙喷射至燃烧室内。随着火药燃气的持续喷入,活塞继续压缩后退,从贮液室喷射出来的液体工质在燃烧室内雾化并吸热(不燃烧),活塞运动到位时这一物理过程方告结束。
2.1.2 简化假设文献综述
根据再生式液体发射药火炮点火、冷态喷射现象,为满足工程实际上的应用,提出如下几条简化性假设:
(1) 铜膜片发生破裂后,点火室内的火药气体服从Nobel-Abel方程;
(2) 进入模拟装置燃烧室内的火药燃气服从Nobel-Abel方程;
(3) 活塞的启动看成是瞬时完成的,并以一定的活塞启动压力 标志活塞的启动;
(4) 活塞运动过程中的阻力利用次要功计算系数来进行修正;
(5) 用来模拟的液体工质喷入燃烧室内后雾化,考虑它所占一定体积,故在火药气体状态方程中用余容来进行修正,期间它所吸收的热量可以用吸热系数来进行修正,通常为简化计算将吸热系数视为常数;
(6) 贮液室内的模拟液体工质是一种密度均匀分布的可压缩的等温流体,其状态方程由Tait方程决定,并且该液体在环形间隙中的流动满足非稳态条件下的伯努利方程;
(7) 热损失的修正可以间接处理,比如增大绝热比 或者减少火药力 ;
(8) 在火药燃气膨胀做功的过程中,燃气组分变化可以不予考虑,因此虽然火药燃气温度会因膨胀做功而下降,但火药力 、余容 和绝热比 等均可视为常数。
2.2 数学模型
根据RLPG模拟装置点火、冷态喷射全过程的划分和以上简化假设,对三个不同阶段:膜片破裂前、破膜后与活塞启动前、活塞启动与液体工质喷射,分别建立数学模型如下。