主要符号表 1
引言 3
第1章 自动武器工作过程中的热力学基础 5
1.1 基本概念 5
1.1.1 热力系 5
1.1.2 状态与状态参数 6
1.1.3 平衡状态 7
1.1.4 状态方程 8
1.1.5 过程 8
1.1.6 功和热量 8
1.2 热力学第一定律 8
1.2.1 热力学第一定律的表达式 8
1.2.2 闭口系的能量方程 9
1.2.3 开口系的能量方程 10
1.2.4 功和热量的计算 10
1.3 气体的热力性质 11
1.3.1 理想气体的状态和摩尔气体常数 11
1.3.2 理想混合气体 12
1.3.3 气体的热力性质 13
1.4 热力学第二定律 17
1.4.1 可逆过程和不可逆过程 17
1.4.2 热力学第二定律的叙述 17
1.4.3 卡诺定理和热力学第二定律的数量公式 17
1.5 熵 18
1.5.1 热力学第二定律数量公式的推广 19
1.5.2 熵 19
1.5.3 熵的增加原理——熵方程 20
1.5.4 熵的计算 22
1.6 典型热力过程及多变过程 22
1.6.1 定容过程 22
1.6.2 定压过程 23
1.6.3 定温过程 24
1.6.4 熵过程 24
1.6.5 多变过程 25
第2章 一维流动的基本方程与气动函数 27
2.1 基本概念 27
2.1.1 连续介质的概念 27
2.1.2 气体的基本性质 28
2.1.3 作用在流体上的力 30
2.1.4 研究流体运动的两种方法 32
2.1.5 流体运动的分类 33
2.1.6 迹线、流线与流管 34
2.2 一维流动基本方程 35
2.2.1 引言 35
2.2.2 系统和控制体 35
2.2.3 连续方程 36
2.2.4 动量方程 37
2.2.5 能量方程 39
2.2.6 一维流动基本方程组 43
2.2.7 气流的滞止状态和滞止参数 46
2.3 管道截面变化对气流参数的影响 48
2.3.1 声速的物理概念 48
2.3.2 气流截面变化对气流速度和压力变化的影响 53
2.4 气体动力学函数及其应用 55
2.4.1 气动函数的表示 55
2.4.2 流量函数 56
2.4.3 冲量函数 59
2.5 气流流动时气流参数的确定 61
2.5.1 等熵情况下气流参数的确定 61
2.5.2 非等熵情况下气流参数的确定 63
第3章 膨胀波与激波 66
3.1 弱扰动在气流中的传播 66
3.2 膨胀波的形成及其特点 68
3.3 膨胀波的普朗特-迈耶流动 71
3.4 等熵压缩波 74
3.5 激波的形成及其性质 75
3.5.1 激波的形成 75
3.5.2 激波的性质 77
3.6 正激波 81
3.6.1 基本模型及控制方程 81
3.6.2 普朗特关系式 83
3.6.3 波前后气流参数的动算关系式 83
3.6.4 朗金—雨贡纽关系式 85
3.6.5 总压损失的运算关系式 86
3.7 斜激波前后的参数关系 87
3.7.1 基本方程式 87
3.7.2 计算公式 88
3.8 经过斜激波的气流折转角及激波曲线 94
第4章 一维定常变截面管道流动 96
4.1 气体在收敛管道内的流动 96
4.1.1 收敛管道内气体流动的特点 96
4.1.2 收敛管道内气流参数的确定 97
4.1.3 收敛管道内任意截面处气流参数的确定 97
4.2 拉瓦尔喷管 100
4.2.1 等熵流动中的面积比公式 101
4.2.2 压强比对拉瓦尔喷管中流动的影响 102
4.3 超声速气流通过收敛—扩张管道的流动 106
4.3.1 超声速气流通过收敛—扩张管道流动的一般情况 106
4.3.2 管道内气流参数的确定 106
4.3.3 管道内多喉道时气体的流动 107
4.4 超声速气流在平滑膨胀管道中的流动 107
4.5 超声速气流在突然膨胀管道中的流动 111
4.5.1 死区内气流参数的确定 112
4.5.2 膨胀终了时气流参数的确定 112
4.6 气体经活塞间隙的流动 115
4.7 气体经迷宫密封的流量 117
第5章 变质量系统热力过程 119
5.1 变质量热力系状态方程及热力性质 119
5.2 变质量热力系质量守恒方程 119
5.3 变质量热力系热力学第一定律表达式 120
5.4 变质量热力系能量方程在武器上应用 122
5.4.1 用于密闭爆发器的情况 122
5.4.2 用于内弹道情况 123
5.4.3 用于后效期内的气体流动情况 124
5.4.4 用于武器导气装置中的气体流动情况 124
5.5 气体经小孔从有限容积中流出的状态变化过程 124
第6章 自动武器后效期气体动力学理论与计算方法 127
6.1 概述 127
6.1.1 后效期的概念及研究意义 127
6.1.2 后效期膛内气体的流动特点及基本假设 127
6.2 后效期内膛内气流参数的变化规律 131
6.2.1 膛内气流参数沿膛轴的变化规律 131
6.2.2 膛内气流平均参数随时间的变化规律 132
6.2.3 后效期延续时间 133
6.3 自由后坐运动诸元的确定 133
6.3.1 内弹道时期自由后坐运动诸元的确定 133
6.3.2 后效期内自由后坐运动诸元的确定 134
6.4 后效期的经验公式 135
6.4.1 后效系数β 135
6.4.2 后效系数β的确定 136
6.4.3 后效期内计算后坐运动诸元的经验公式 136
6.5 用一维非定常关系式求解武器后效期内的气流问题 137
6.5.1 后效期膛内气体流动基本方程 137
6.5.2 特征线法求解后效期内膛内气流参数 139
6.5.3 后效期计算在武器气流问题求解中的应用 140
6.6 过程指数的确定 142
6.6.1 绝热指数γ的确定 142
6.6.2 多变过程指数n的确定 143
6.6.3 影响多变过程指数n的主要因素 144
第7章 膛口流场 145
7.1 膛口流场的形成与特性 145
7.1.1 初始流场的形成 145
7.1.2 火药气体主流场 146
7.1.3 带膛口装置的流场 149
7.2 膛口激波 150
7.2.1 膛口激波的形成 150
7.2.2 膛口激波的特性 152
7.2.3 膛口激波的压力分布及影响因素 154
7.2.4 膛口噪声场的分布特点 156
7.3 膛口流场中弹头运动的近似计算 156
第8章 自动武器膛口制退器理论与计算方法 160
8.1 概述 160
8.2 膛口制退器的工作原理 161
8.3 膛口制退器的效率 162
8.4 身管式膛口制退器计算 163
8.4.1 制退器膛轴上的压力降 164
8.4.2 制退器各边孔道气流参数的确定 164
8.4.3 制退器中央弹孔出口处气流参数的确定 166
8.4.4 武器膛口安装身管制退器后的后坐力计算式 167
8.4.5 影响身管式制退器效率的因素 167
8.5 半开腔式膛口制退器计算 168
8.5.1 半开腔式单腔膛口制退器计算 168
8.5.2 半开腔式多腔膛口制退器计算 170
8.6 开腔式膛口制退器计算 174
8.6.1 冲击式计算法 175
8.6.2 范斯勒计算法 176
8.7 自动武器膛口助退器及防跳器 180
8.7.1 膛口助退器的计算 180
8.7.2 膛口防跳器计算 181
8.8 膛口装置气流流场数值计算 181
8.8.1 膛口装置气体流动基本方程 181
8.8.2 膛口气流流场网格生成 184
8.8.3 初始、边界条件 185
8.8.4 膛口装置数值求解方法 185
8.9 含膛口制退装置转管机枪系统动力学建模 187
8.9.1 引言 187
8.9.2 高效能膛口制退器气体动力学模型 187
8.9.3 膛口制退器效能参数化分析 190
8.9.4 高效能膛口制退器对机枪发射特性影响分析 191
8.9.5 小结 196
第9章 自动武器膛口消焰器的基本原理 198
9.1 武器射击时产生火焰的原因 198
9.2 膛口消焰器的降温计算 200
9.2.1 圆锥形消焰器计算 200
9.2.2 圆柱形消焰器计算 201
9.3 有消焰器时武器后坐力的变化规律 202
9.4 消焰器内弹头速度的增量 202
9.5 消焰器对武器射击精度的影响 204
9.6 膛口火焰计算机检测与图像处理技术 204
第10章 膛口消声器的基本原理 209
10.1 有关声学知识的介绍 209
10.2 武器射击时产生声音的因素分析 213
10.3 消除膛口气流外射所产生声音的技术途径 215
10.3.1 消除或减弱膛口噪声的基本途径 215
10.3.2 利用机械装置降低膛口气流对外界的冲击 215
10.3.3 利用声学原理降低膛口喷出气流所产生声音的外传 219
10.3.4 利用其他声学原理达到减弱噪声对人们的影响 220
10.4 噪声的测量 221
10.4.1 测量项目 221
10.4.2 测量仪器 221
10.4.3 噪声测量方法 223
10.5 武器噪声的测试及其频谱分析 223
10.5.1 枪炮脉冲噪声的主要特性 223
10.5.2 微机在武器噪声测试中的应用 224
第11章 多功能膛口装置及其优化设计 228
11.1 多功能膛口装置工作原理 228
11.1.1 问题的提出 228
11.1.2 多功能膛口装置的定义 229
11.1.3 研究多功能膛口装置的意义 229
11.2 多功能膛口装置关键技术 230
11.2.1 多功能膛口装置的矛盾关系 230
11.2.2 同一装置具有多种功能的理论分析 231
11.2.3 多功能膛口装置的分类 232
11.3 多功能膛口装置正交实验方法 233
11.3.1 多功能膛口抑制技术 233
11.3.2 正交实验优化方法 234
11.4 新型N元n次正交多项式优化设计 236
11.4.1 N维空间正交多项式的构造 236
11.4.2 多功能膛口装置优化设计算法步骤 237
11.4.3 研究结果及讨论 239
第12章 导气装置与气体复进装置 241
12.1 概述 241
12.1.1 导气装置的种类及工作特点 241
12.1.2 自身管侧孔流入导气装置的流动规律 244
12.2 导气孔流量和膛内气流参数的确定 245
12.2.1 导气孔处膛内气流参数的确定 245
12.2.2 导气孔流量的确定 246
12.3 导气装置内气流参数计算方法 247
12.3.1 基本假设 247
12.3.2 基本方程组推导 247
12.3.3 数值计算 250
12.4 截流膨胀型导气装置的运动计算方法 255
12.5 气体复进装置计算方法 256
12.5.1 概述 256
12.5.2 基本方程 256
第13章 导气管式导气装置的流场特点及计算方法 258
13.1 变强度运动激波及其对气室压力、自动机运动的影响 258
13.1.1 运动激波的测试结果 258
13.1.2 运动激波对气室压力、自动机运动的影响 260
13.2 导气管式导气装置的流场特点及计算方法 261
13.2.1 非定常超声速流时期 261
13.2.2 运动激波产生、传播时期 262
13.2.3 膨胀波压力扯平时期 263
13.3 导气管式导气装置的准一维非定常流数学模型 264
13.3.1 基本假设 264
13.3.2 基本方程 265
13.3.3 算子分裂 265
13.3.4 差分格式与数值计算 267
13.4 导气管式导气装置的二维轴对称气体运动模型 273
第14章 内能源转管武器气动力装置 276
14.1 转管武器首发启动装置 276
14.1.1 转管武器首发启动装置工作原理 276
14.1.2 转管武器首发启动过程计算方法 277
14.1.3 实例计算 279
14.2 转管武器喷管气流反推驱动器 280
14.2.1 转管武器喷管气流反推驱动器的工作原理 280
14.2.2 转管武器喷管气流反推驱动系统数学模型 281
14.2.3 实例计算 285
14.3 转管武器旋转活塞驱动器 286
14.3.1 引言 286
14.3.2 转管武器旋转活塞驱动器的工作原理 286
14.3.3 转管武器旋转活塞驱动器系统数学模型 287
14.3.4 转管武器旋转活塞驱动性能分析 289
14.3.5 转管武器旋转活塞驱动器结构参数的影响分析 289
14.3.6 转管武器旋转活塞驱动器的特点 292
第15章 身管武器新型稀疏波减后坐理论 293
15.1 喷孔前置式稀疏波减后坐机理 294
15.1.1 引言 294
15.1.2 喷孔前置式稀疏波武器概念的提出 294
15.1.3 喷孔前置式稀疏波武器发射过程一维均相流内弹道模型 294
15.1.4 喷孔前置式稀疏波武器发射过程一维两相流内弹道模型 296
15.1.5 均相流模型数值计算结果及分析 300
15.1.6 两相流模型数值计算结果及分析 304
15.1.7 喷孔前置式稀疏波武器总结 311
15.2 喷管后置式稀疏波武器减后坐机理 312
15.2.1 引言 312
15.2.2 喷管后置式稀疏波低后坐武器的特点 312
15.2.3 喷管后置式稀疏波低后坐武器两相流内弹道模型 312
15.2.4 内弹道两相流力学模型的计算方法 315
15.2.5 发射过程数值模拟结果及分析 316
15.2.6 有无喷管减后坐结构关键参数对比 321
15.2.7 喷管后置式稀疏波低后坐武器发射性能的影响因素 322
15.2.8 喷管后置式稀疏波低后坐武器总结 324
15.3 无人操控车载转管机枪喷管气流减后坐机理 324
15.3.1 引言 324
15.3.2 喷管气流反推减后坐方案的物理模型 324
15.3.3 喷管气流减后坐方案的数学模型 325
15.3.4 喷管减后坐方案对车载武器系统射击性能的影响分析 328
15.3.5 本节小结 329
第16章 身管武器气动力同步振动控制理论 331
16.1 身管武器气动力同步振动控制的基本原理 331
16.2 身管武器同步气动力振动控制方法 332
16.3 大口径机枪气动力同步振动控制 333
16.3.1 喷管设计 333
16.3.2 机枪系统动力学响应 334
16.3.3 射击精度计算 338
16.3.4 小结 340
16.4 转管武器气动力同步振动控制 340
16.4.1 转管机枪系统振动特性分析 340
16.4.2 力偶式稳定装置方案与建模 341
16.4.3 气体动力学建模与计算 342
16.4.4 动力学仿真结果 346
16.4.5 转管武器气动力同步振动控制的相关结论 350
第17章 自动武器动力学与气动力问题耦合求解方法 351
17.1 导气与枪管浮动混合式自动机动力学特性研究 351
17.1.1 引言 351
17.1.2 导气装置计算模型 352
17.1.3 模型验证及仿真结果分析 355
17.1.4 导气参数对自动机特性影响分析 358
17.1.5 小结 361
17.2 转管机枪在三脚架上的射击密集度仿真分析 361
17.2.1 工作原理与拓扑结构 361
17.2.2 刚柔耦合虚拟样机建模 362
17.2.3 动力学数值仿真和结果分析 365
17.2.4 小结 367
17.3 含膛口助旋制退器转管机枪系统动力学建模 367
17.3.1 引言 367
17.3.2 膛口助旋制退器原理 368
17.3.3 膛口助旋制退器气体动力学建模 370
17.3.4 膛口助旋制退效能计算 374
17.3.5 助旋效能对射频影响 377
17.3.6 含膛口助旋制退器的转管机枪系统动力学分析 380
17.3.7 小结 384
17.4 某车载转管机枪刚柔耦合发射动力学分析 385
17.4.1 模型的建立 385
17.4.2 模型仿真分析 388
17.4.3 小结 390
参考文献 392