某手枪膛口射流噪声及膛口消声器的研究

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枪械射击时产生的强烈的噪声对射手及附近人员会造成一系列生理及心理上的危害,而在枪械膛口加装消音器可以很大程度上减弱武器射击时膛口气流的噪声,达到“消声”效果。本文首先介绍了国内外消声器发展现状和应用于膛口噪声的数值计算发展方法的发展现状,早期关于消声器的研究多是对较为简单结构的理论计算,其中关于膛口消声器内部结构和消声器噪声场的数值研究还较为薄弱。为研究膛口噪声,本文介绍了膛口流场中初始流场的形成过程与物理特性,根据火药燃气欠膨胀射流典型结构示意图,分析了火药燃气流场波系形成过程、空间特性及膛口噪声声源构成,为后文膛口噪声分析提供了理论基础。对于膛口冲击波与射流噪声,本文除了从超压峰值上将两者区分外,还从物理特性、损伤机理和研究范畴等多个方面阐述了两者的区别,为后文数值计算和数据处理提供了依据。为了研究消声器内部结构对膛口噪声的影响规律,研制更加高效的抗性消声器,本文首先采用CFD-CAA“两步法”,结合动网格技术,对含有弹丸运动的某9mm手枪膛口燃气流场进行了数值计算,即先采用LES方法计算膛口流场,再通过求解FW-H声波动方程得到瞬态声场。为验证数值模型的可行性,对膛口流场和膛口噪声场进行了试验研究,将试验结果与数值计算进行了对比分析,结果表明,数值计算流场特征与试验符合较好,各测点噪声值与试验结果之间的误差均小于5%。在上述所建模型正确性和可行性的基础上,对消声器数值计算模型进行了网格无关性验证保证了计算精度,采用动网格技术处理弹丸运动,并运用相同的数值计算方法,研究了不同消声碗个数和不同消声碗倾角的消声器,详细分析了消声碗不同结构对消声器内部流场和消声器膛口噪声场的影响规律,所得结论能够为消声器的研制提供一定的方向和参考。
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