四级渐扩型BLPG内弹道特性实验研究及数值模拟

杨旭光,余永刚

(南京理工大学 能源与动力工程学院,江苏 南京 210094)

在兵器发射与推进技术研究领域,为进一步提高弹丸初速和使用性能,许多新概念、新原理武器应运而生。液体发射药火炮作为其中重要的一类,它是一种以液体发射药为主要燃烧推进能源的新概念武器[1]。与常规固体发射药火炮相比,它具有弹丸初速高、容易实现装填自动化、发射药的爆温低、使用寿命长、战场生存能力强等显著优点[2-3]。

整装式液体发射药火炮是液体发射药火炮中最简单的机械系统,受到了各国学者的广泛关注,但泰勒空腔内燃气在气液交界面上存在相对运动,导致霍姆赫兹不稳定性,这种扰动造成界面上气、液两相混合而使液体发生破碎,正反馈机制导致燃烧不稳定性加剧[4-5],因而其内弹道过程相当复杂,很难控制,研究也因此陷入困境。MORRISON等[6]总结了20世纪80年代以前的研究工作,总体看来研究进展不大。20世纪90年代TALLEY等[7-8]通过大量实验提出,在保证药室容积不变的情况下,采用渐扩型药室结构可有效控制燃烧稳定性。从此,人们对新型药室结构,尤其是渐扩型药室结构展开研究。文献[9-11]先后对各型药室结构条件下,冷态射流在液体工质中的扩展过程进行研究。刘俊[12]对高压环境下含能液体喷射雾化特性及其影响因素进行了讨论。文献[13-15]对BLPG的发射过程和燃烧特性进行分析,并讨论了边界形状对多股燃气射流扩展稳定性的影响。参考BURNETT提出的零维内弹道模型,余永刚等[17]在实验基础上,建立了整装式液体发射药燃烧推进的三阶渐扩型内弹道简化模型,该模型对渐扩型整装式液体发射药火炮的内弹道设计研究具有很好的指导意义。……