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绪论 1

1.压力波与装药射击安全性的关系 1

2.火炮装药设计安全学在装药设计中的地位 2

3.火炮装药设计安全学的研究内容及方法 3

4.国内外有关该领域的研究状况 5

第一章 膛内射击现象与压力波 8

1.1 引言 8

1.2 膛内射击过程 10

1.2.1 点火传火过程 10

1.2.3 弹丸在膛内运动过程 11

1.2.2 挤进过程 11

1.2.4 后效作用时期 13

1.3 膛内压力波的基本概念 13

1.3.1 膛内压力波的测试方法 13

1.3.2 膛内压力波的特征分析 15

1.3.3 压力波的传播规律 17

1.3.4 压力波形成机理 18

1.3.5 压力波、火焰波和应力波的相互关系 20

1.4 影响压力波的因素分析 23

1.4.1 点火引燃条件 23

1.4.2 初始气体生成速率 27

1.4.3 装填密度 28

1.4.4 火药床的透气性 29

1.4.5 药室自由空间的影响 32

1.4.6 其它因素 33

1.5 压力波的定量描述 35

1.5.1 压差法 35

1.5.2 压力波频谱分析法 38

第二章 火炮膛内火药颗粒破碎的力学现象 46

2.1 点传传火过程中火药床的力学现象 46

2.1.1 点火传火过程中火药床受力分析 46

2.1.2 探测膛内药粒运动的脉冲X光摄影实验 48

2.1.3 火药颗粒的压缩特性 53

2.1.4 颗粒间应力与火药床的压缩特性 60

2.1.5 颗粒床应力波一维模型 72

2.2 火药颗粒破碎特性 75

2.2.1 火药破碎度 75

2.2.2 火药床动态破碎实验 76

2.2.3 单颗粒火药落锤撞击破碎实验 81

2.3 火药颗粒破碎的粘弹性理论 86

2.3.1 火药颗粒非线性粘弹模型 86

2.3.2 破坏函数 91

2.3.3 计算结果与实验结果的比较 95

2.4.1 火药碰撞时机械载荷的分析 96

2.4 火药颗碰撞破碎数值模拟 96

2.4.2 计算编码和材料模型 98

2.4.3 数值模拟结果 99

2.5 火药破碎对内弹道性能影响的实验研究 102

2.5.1 密闭爆发器燃烧实验 102

2.5.2 火药破碎对压力波的影响 104

第三章 压力波的理论基础 106

3.1 引言 106

3.2 气固两相流内弹道方程 107

3.2.1 运动控制体的流体力学平衡方程 108

3.2.3 分流法双流体模型两相流内弹道平衡方程 111

3.2.2 基本假设 111

3.2.4 统计平均法双流体模型两相流内弹道平衡方程 121

3.2.5 颗粒轨道模型两相流内弹道平衡方程 129

3.2.6 辅助方程 130

3.2.7 点火准则和火药表面温度 137

3.3 管状发射药床多相流内弹道模型 138

3.3.1 开槽管状药 139

3.3.2 未开槽管状药 140

3.4 混合装药多相流内弹道数学模型 143

3.4.1 基本假设 144

3.4.2 基本方程 144

3.4.3 可燃药筒与其它点火元件的方程 147

3.5 多维两相流内弹道数学模型 150

3.5.1 多维两相流内弹道平衡方程 150

3.5.2 柱坐标系下三维两相流内弹道平衡方程 154

3.5.3 轴对称两相流内弹道平衡方程 157

3.6 内弹道两相湍流数学模型 159

3.6.1 基本假设 159

3.6.2 时均方程组 160

3.6.3 k-ε-kp模型 161

3.6.4 k-ε-Ap模型 163

4.1 引言 165

第四章 压力波数值模拟 165

4.2 一维两相流内弹道模型的数值求解 167

4.2.1 向量形式两相流内弹道控制方程组 167

4.2.2 方程组类型 168

4.2.3 差分格式及稳定性条件 172

4.2.4 边界条件与初始条件 175

4.2.5 网格自动生成技术 179

4.2.6 间断处理及人工粘性 179

4.2.7 滤波和守恒性检查 180

4.3 轴对称两维两相流内弹道模型数值求解方法 181

4.3.1 向量形式的两相流基本方程 181

4.3.2 坐标变换及方程变换 183

4.3.3 计算方法 184

4.3.4 初始条件与边界条件 185

4.3.5 人工粘性 186

4.4 柱坐标系下三维两相流内弹道模型数值求解方法 188

4.4.1 主装药床守恒形式控制方程 188

4.4.2 坐标变换形式 190

4.4.3 分裂差分格式设计 191

4.4.4 壁面边界单侧差分格式 192

4.4.5 数值振荡抑制方法 193

4.5 粒状药床压力波数值模拟结果及分析 194

4.6.1 数值计算方法 198

4.6 管状发射药床压力波模拟结果及其分析 198

4.6.2 计算结果分析 199

4.7 混合装药床压力波模拟结果分析 201

4.7.1 两种粒状药组成的混合装药床 201

4.7.2 130mm加农炮 202

4.7.3 152mm榴弹炮 206

4.8 装药间隙对压力波影响的数值模拟 207

4.9 火药破碎对压力波影响的数值模拟 210

4.9.1 火药破碎与颗粒间应力 211

4.9.2 模拟结果及分析 211

4.10 二维效应对压力波动影响的数值模拟 214

4.11 三维效应对压力波影响的数值模拟 216

4.12 压力波数值模拟小结 218

第五章 高密实火药床燃烧转爆轰 221

5.1 引言 221

5.2 高密实粒状火药床燃烧转爆轰基础实验 223

5.2.1 实验装置 223

5.2.2 实验结果 224

5.2.3 实验现象的分析 227

5.3 燃烧转爆轰的数值模拟 232

5.3.1 基本假设与导恒方程 232

5.3.2 本构方程 235

5.3.3 数值计算方法 240

5.3.4 燃烧转爆轰过程计算结果分析 243

5.4 粒状火药燃烧转爆轰的机理 245

第六章 装药安全性评估 247

6.1 引言 247

6.2 膛炸模式及其机理 249

6.2.1 膛炸模式 249

6.2.2 膛炸机理分析 251

6.3 压力波安全性评估与压力波敏感度 254

6.3.1 压力波安全性评估 254

6.3.2 某些火炮装药的压力波敏感度曲线分析 256

6.4.1 基于-△Pi的评估方法 265

6.4 装药安全性的评估方法 265

6.4.2 基于频谱分析的评估方法 269

第七章 提高装药安全性的技术途径 271

7.1 引言 271

7.2 点火与点火理论 272

7.2.1 点火现象与点火准则 272

7.2.2 炮膛中的点火和传火 275

7.2.3 点火系统的基本性能 278

7.2.4 影响点火过程的因素 279

7.2.5 点火理论模型 282

7.2.6 点火理论及模型的比较 287

7.3.1 物理模型 288

7.3 综合点火模型数值分析 288

7.3.2 数学模型 290

7.4 中心点炎管数学物理模型及计算 297

7.4.1 点火管的物理模型 297

7.4.2 点火管的数学模型 299

7.4.3 数值计算结果及分析 303

7.5 新概念点火结构 305

7.5.1 双管点火和快速点火传播(RIP)点火管 305

7.5.2 低速爆轰点火装置(LVD) 306

7.5.3 激光点火 309

7.5.4 爆炸网络点火 316

7.6 控制火药初始气体生成速率 317

7.6.1 阻燃技术 318

7.6.2 多孔和切口多孔火药 320

7.6.3 有序分裂杆状药 321

7.7 改善火药床透气性和合理配置自由空间 322

7.7.1 改善火药床透气性 322

7.7.2 合理配置装药的自由空间 323

7.8 提高火药动态力学性能 325

第八章 检测装药安全性的实验技术 327

8.1 膛内燃气压力的测量 328

8.1.1 应变电阻测压法 329

8.1.2 压电测压法 330

8.1.3 传感器选择的一般原则 332

8.1.4 电荷放大器 334

8.1.5 瞬态记录仪 337

8.2 火药定容燃烧实验 339

8.2.1 实验系统 339

8.2.2 密闭爆发器定容状态方程 342

8.2.3 压力损失的修正 343

8.2.4 密闭爆发器的应用 346

参考文献 349