针对钛雷炮炸膛现象的数值模拟及优化

饶 刚，郭强舟，曾 越，张登辉

1 引言

钛雷驱鸟炮因其结构简单，环保且使用效率高的特性而在无伤驱鸟领域慢慢普及。钛镭炮在工作过程中主要由控制系统通过电子雷管进行引爆，在钛雷炮管中完成对炮弹的推送，炮弹抵达高空后发生二次爆炸，利用爆炸的声波来达到高空驱鸟的目的。

据使用者观察，在钛雷炮的使用过程当中时常发生炮弹推送受阻导致的二次爆炸发生在炮筒内的炸膛现象。炸膛现象发生容易诱发不同层级的事故，轻则导致设备产生结构性的损坏，影响设备使用寿命，提高投入成本，降低工作效率，重则造成操作人员受伤。观察发现，产生炸膛现象的诱因复杂，包括炮弹保管不善出现涨壳，炮筒连发过多炮管变软，炮筒内出现异物，炮膛磨损过大等都会导致炸膛的发生，故难以彻底杜绝炸膛的现象。只有从设备上去进行完善，根据有效的理论依据来进行结构上的优化与加强，以此来降低乃至抵消炮管炸膛引起的危害。

结构上的优化需要借由直接与炸膛瞬间相关的诸多数据来完成，但由于炸膛发生到结束的持续时间过短且整个过程具有相当高的危险性，难以选择安全有效的传感器进行实地测量，故选择用数值模拟的方法将炸膛过程在计算机上进行呈现并提取优化结构所需要的数据。

在进行数值模拟的过程中需要注意的是爆炸过程时间短且物质反应剧烈，为了避免爆炸带来的冲击波引起巨大的网格畸变，同时也为了减小数值模拟结果与实际情况的误差并得到收敛的解，以流固耦合的方式对研究对象进行有限元建模，并采用ALE的求解模式作为本次课题的描述方法。……