再生式液体发射药火炮压力振荡机理及抑制措施研究

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本文分别从再生喷射结构纵向振动、喷孔径向变形、燃烧室燃气振荡流动特性及贮液室非线性波四个方面,研究了再生式液体发射药火炮(Regenerative Liquid Propellant Gun,RLPG)压力振荡机理及抑制措施。主要研究内容和成果为:基于四端网络法建立了浮动芯杆纵向振动频率方程,应用大型有限元软件建立了再生喷射活塞纵向振动有限元计算模型,结合RLPG试验压力频谱分析结果,研究了RLPG压力振荡机理及抑制措施。研究结果表明,再生喷射结构纵向振动固有频率受到激励是影响RLPG压力振荡的重要因素;在保持再生喷射结构总质量及浮动芯杆与活塞结构长度不变的条件下,通过改变浮动芯杆结构尺寸可抑制RLPG压力振荡,而通过改变活塞筒壁厚进行RLPG压力振荡抑制难以实现。建立了未考虑喷孔径向变形的计及固体点火药燃烧过程且考虑点火延迟现象的RLPG内弹道模型,以及基于接触非线性有限元理论,建立了喷孔接触非线性径向变形有限元分析模型,通过二者接口程序的设计,建立了考虑喷孔径向变形的再生喷射循环模型。研究了喷孔径向变形对RLPG压力振荡的影响。结果表明,喷孔的径向变形并不是影响RLPG压力振荡的一个重要因素。利用小波分析技术提取了RLPG燃烧室压力振荡成分,确定了压力振荡相对集中的燃烧室形状,建立了燃气瞬态温度下振荡流特征频率求解表达式。在此基础上研究了RLPG燃烧室压力振荡机理及抑制措施。结果表明,振荡流多种组合模式特征频率受到激励是影响RLPG燃烧室压力振荡的一个重要因素,但在燃气温度及燃烧室容积不变的条件下,通过改变燃烧室半径与长度之比很难抑制RLPG燃烧室压力振荡。建立了RLPG贮液室激波形成预测数学模型,结合RLPG试验研究结果,对RLPG贮液室压力振荡机理及抑制措施进行了研究。结果表明,贮液室激波的形成是RLPG贮液室产生压力振荡的一个主要因素;在同等条件下,使用OTTO-ⅡLP较1846 LP能更好抑制贮液室激波的形成,以及在LP类型及装药量确定的条件下,通过控制再生喷射结构运动状态,可抑制贮液室激波形成,从而较好抑制RLPG贮液室压力振荡。
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