高压气体发射装置内弹道特性及膛口流场分析

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炸膛是怎样产生的原理

炸膛是怎样产生的原理
炸膛是指枪械在射击的过程中，膛线通道内的燃气压力突然升高，导致枪管爆炸的现象。

炸膛的原理主要涉及以下几个要素：
1. 弹药爆炸：当枪击发射时，装入在枪膛内的弹药会被击针或底火点燃，产生爆炸反应。

这个爆炸能够产生巨大的高温高压气体。

2. 燃气膛压力：弹药爆炸时，会释放出大量的燃气，形成高压。

这些燃气由火药中的爆炸物质产生，通过膛线通道向前释放。

3. 膛线设计：枪管内的膛线是一种齿状结构，用于稳定子弹在枪管内的轨迹。

同时，膛线还起到限制后座力和扩散燃气压力的作用。

膛线的设计在一定程度上能够保证炸膛不发生。

4. 枪管材质和强度：枪管是由高强度金属材料制成，通常使用钢铁合金。

枪管的材料和结构需要能够承受高温高压气体的冲击，并保持充足的强度，以避免枪管爆炸。

5. 弹药品质和装配：弹药的质量和装配也对炸膛的发生有影响。

低质量的弹药或装配失误可能导致不均匀燃烧、气体压力集中等问题，增加了炸膛的风险。

总结起来，炸膛的发生是由于枪管内的燃气压力突然升高，超过了枪管的承受极限，从而导致枪管爆炸。

这可能与弹药质量、枪管设计、装配质量等多个因素有关。

因此，在使用枪械时，必须严格遵守安全操作规程，选用高质量的弹药和设备，定期检查枪械的状态，以降低炸膛的风险。

一种气动武器的内弹道模型和发射参数分析

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｎａｊｉｎｇ２１００９４，Ｃｈｉｎａ）
ｔｈｅｓｍａｌｌｅｒｇａｓｃｈａｍｂｅｒ，ｐｉｓｔｏｎｍａｓｓａｎｄｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｒｅｌｅａｓｅｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｈａｖｉｎｇｏｎｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｖｅｌｏｃｉｔｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌａｒｅａｏｆｇａｓｃｈａｍｂｅｒａｎｄｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｒｅｌｉｅｖｅ
一
０引言
随着气动发射技术的发展，出现了各种利用高
些特殊场合的需求，如无人值守的遥控武器站、空间站或卫星等。
Ｖｏ１．４０．Ｎｏ．９
Ｓｅｐ，２０１６
火力与指挥控制
ＦｉｒｅＣｏｎｔｒｏｌ＆ＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ
第４Ｏ卷
第９期
２０１５年９月
文章编号：１００２ — ０６４０【２０１５）０９ — ０１７６ — ０４

形形色色的膛口装置

形形⾊⾊的膛⼝装置2019-08-30枪械基础知识之⼆枪械分类在枪械基础知识中，是最为⼈所熟知的部分。

⼀个初学者也能较好的区分出⼿枪和步枪。

⽽枪械的膛⼝装置，则是枪械上的⼀个⼩部件，看起来⼗分不显眼，专门介绍膛⼝装置的科普刊物也⾮常少，⽽且不全⾯，甚⾄有⼀些错误。

笔者以兵器⼯业出版社的《⾃动机结构设计》⼀书为基准，尽量⽤通俗的语⾔介绍膛⼝装置。

M82反器材步枪的制退器⽰意图，红⾊箭头为枪⼝⽅向，⽓体冲击制退器前壁（蓝⾊部分），会产⽣向前的⼒（绿⾊）；⽓流沿侧壁喷出，向后的⽓流（黄⾊）产⽣反向推⼒（粉⾊），反向推⼒有向前（蓝⾊）、向右（⽩⾊）两个分⼒，制退器左右对称，向右的分⼒抵消，剩下向前的分⼒抵消后坐膛⼝装置，⼤致可以分为制退器、助退器、防跳器、消焰器、消声器五类。

它们都是通过控制后效期⽕药燃⽓流量、⽓流⽅向和⽓流速度，来达到某种⽬的的能量转换装置。

通俗地讲，就是通过改变枪管末端（枪⼝）的燃⽓的流量、⽅向和速度，完成减⼩后坐、增加后坐、减⼩上跳等⼀系列⽬的的装置。

制退器顾名思义，制退器就是⽤来“制⽌后退（后坐）的器具”。

制退器的意义在于可以降低枪械射击时对射⼿或者载体（飞机、坦克）造成的影响，降低对载具强度的要求，也可以减轻射⼿的疲劳。

⼀般说来，后坐⼒较⼩的武器，⽐如⼿枪、冲锋枪等很少加装制退器。

后坐⼒较⼤的武器才会加装，并且随着后坐⼒的增⼤，制退器的体积和重量也会越来越夸张。

最典型的是12.7毫⽶⼝径的反器材步枪上，⽆⼀例外全部加装制退器，⽽7.62毫⽶的狙击步枪，只是部分加装制退器，且体积都很⼩。

M777发射时明显可以看出燃⽓左右喷出⼀般读者容易对制退器产⽣⼀个疑问：制退器会不会降低枪械的射击精度？的确，枪械加装制退器后，制退器会改变膛⼝（枪⼝）处的⽓流分布，使⽓流朝着⼈为设定的⽅向改变。

这种“⾮⾃然”的⽓流确实会对枪弹的运动产⽣不利影响，影响精度。

但制退器更坏的影响是严重⼲扰枪管的振动规律。

《火炮内弹道设计》word版

1 绪论内弹道（internal ballistics）是弹道的一部分，内弹道研究弹丸从点火到离开发射器身管的行为。

内弹道学研究对各种身管武器都有重要意义。

击发方法：任何类型的身管武器第一步需要击发火药。

最早的枪支、大炮由一个一端密封的金属管组成。

1.1 内弹道学研究对象内弹道学是研究发射过程中枪炮膛内及火箭发动机内的火药燃烧、物质流动、能量转换、弹体运动和其它有关现象及其规律的弹道学分支学科。

燃烧的发射药产生具有很高压力的气体，使弹丸加速穿过炮膛，直到以预定初速离开炮口。

初速是具有一定质量和形状的弹丸最终要达到的整个射程的基础。

在设计火炮时必须进行计算以保证最正常、最有效地产生所需要的初速。

发射装药产生的能量用于完成好几种工作。

大部分能量用于赋予弹丸速度。

能量还消耗在做下述功上：使弹丸旋转，克服弹丸与膛壁之间的摩擦力，使发射药和发射药气体在膛内运动以及使火炮后坐部分后坐。

有些能量还以热能的形式损失在身管、炮尾、弹丸和药筒（如果使用药筒的话）上。

发射过程都是从点火开始，通过机械击发、电热或其他方式将点火药点燃，所产生的高温气体及灼热粒子再点燃火药装药，迅即扩展到整个装药表面，并同时沿着药粒厚度向内层燃烧。

燃烧进行在一个封闭的空间中，这个空间前由弹丸的弹带封闭，后有火炮所采用的紧塞装置封闭，紧塞装置用于防止火药气体从后面逸出。

在发射药气体的压力达到能使弹丸运动的程度之前，发射药的燃烧速度与膛压增加的速度是成正比例的。

所谓“弹丸启动压力”就是指使弹丸开始向前运动的压力。

当弹丸沿身管向前运动时，供发射药气体占用的空间增大，因此膛压的增加速度减小。

当空间增加所导致的压力的增加相等时，膛压达到最大值。

自此以后膛压开始下降，同时弹丸却在继续加速，甚至在发射药全部燃尽后弹丸仍在继续加速，只是加速度逐渐减小，弹丸一出炮口即变为减速。

下图说明膛内压力、弹丸膛内行程和弹丸速度间的关系。

内弹道学的研究对象，主要是有关点火药和火药的热化学性质，点火和火药燃烧的机理及规律；有关枪炮膛内火药燃气与固体药粒的混合流动现象，有关弹带嵌进膛线的受力变形现象，弹丸和枪炮身的运动现象；有关能量转换、传递的热力学现象和火药燃气与膛壁之间的热传导现象等。

炮膛内底排装置燃烧特性计算分析

Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｔｏｒｓａｃｈｏｂｓｉｎｃａａｔｒｓｉｓｏａｅｂｌｅｎｔｉｈｎｅｉｒｂｌｓｉｒｃｓｅｅｒｈｔｅｃｍｕｔｈｒｃｅｉｔｃｆｂｓｅｄｕｉｎｔｅｉｔｒｏａｌｔｃｐｏｅｓ，ａｏｉｈｇｒｓｕｅｂｒｉｇｒｔｄｅｆｂｓｌｅｒｐｌａｔｄｓｒｂｄａ／ｉｈｐｅｓｒｕｎｎａｅｍｏｌｏａｅｂｅｄｐｏｅｌｎｅｃｉｅｓｄｅｄｔ＝８５１Ｘ１．０一Ｐ。ｗａｂ— ｓｏ
ｏｓｃｄＵｎｉｎｔｅＧａｎＢｏｅｆａＢａｅＢＩｅｔｉｈｒ
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（．ＳｈｏｆＥｅｇｎｏｅｎｉｅｒｎ，ＮａｊｇＵｉｅｓｙｏｃｅｃｎｅｈｏｏｙ，Ｎａｊｎ１０４，Ｊａｇｕ，Ｃｉａ１ｃｏｌｏｎｒｙａｄＰｗｒＥｇｎｅｉｇｎｉｎｖｒｉｆｉｎｅａｄＴｃｎｌｇｎｔＳｎｉｇ２０９ｉｎｓｈｎ；２ＬｌａｙＲｅｒｓｎａｉｅＯｆｅｉ７４ＦｃｏｙＳｅｙｎ０４Ｌａｎｎ，Ｃｉａ．ＰＡＭｉｔｒｐｅｅｔｔｆｃｎ２ａｔｒ，ｈｎａｇ１０５，ｉｏｉｇｈｎ）ｉｖｉ１
ｃｌｔａｉｎａｅｌｔ】ｎ收稿日期：００一９一Ｏ２１Ｏ２基金项目：京理工大学自主科研专项计划项目（００ＪＹ２）南２１ＧＰ０３

负氧平衡发射药膛口燃烧流场的数值模拟

ｔｎｎｒｓｕｅｏｒｐｌｎｏｕｔｎｇｓｈｄｉｏｔｎｎｌｅｃｎｓｃｎａｙｍｕｚｅｆｓｎｅｎｐｅｄａｅｉｓａｄｐｅｓｒｆｐｏｅｌｔｍｂｓｉａａｏａｃｏｍｐｒａｔｉｆｎｅｏｅｏｄｒｚｌｌｈｏｓｔａｄｓｒａ．Ｂｓｄｕａｏｈａｃｌｔｎ，ｔｅｃｍｐｅｔｕｔｒｆｓｏｋｗａｅａｄｓｃｎａｙｍｕｚｌｓａｅｓｍｕａｅ．ｎｔｅｃｌｕａｉｓｈｏｌｘｓｒｃｕｅｏｈｃｖｎｅｏｄｒｚｌｆｈｃｎｂｉｌｔｄｏｅａＫｅｒｓｐｙｉａｈｍｉｔｙｐｏｅｌｎ；ｙａｃｕｓｒｃｕｅｒｄ；ｌｍｅｔｒｅｃｉｎｎｇｔｅｏｙｅａａｃ；ｙｗｏｄ：ｈｓｃｌｅｓｒ；ｒｐｌｔｄｎｍｉｎｔｕｔｒｄｇｉｅｅｎａｙｒａｔ；ｅａｉｘｇｎｂｌｎｅｃａｏｖｓｃｎａｙｃｍｂｓｉｎｐｒｌｌｃｍｐｔｔｏｅｏｄｒｏｕｔ；ａａｌｏｕａｉｎｏｅ
ｑｉｂｉｍｚｌｆｗｉｌｓｗｉｖｂｅｐｌｕｌｒｉｕｍｕｚｅｌｆｄｔｍｏａｌｉ．Ｔｈｏｖｃｉｎｔｒｉｓｌｅｔｏｅｈ１ｅｃｎｅｔｅｍｏｖｄｗｉＨＬＬｍｅｈｄａｄｔｅｃｅｃｌｅｃｉｎｏｓｈＣｔｏｎｈｈｍｉａｔａｒｏｉｄａｔｗｉｎｅｅｎａｙｒａｔｎｍｏｅ．Ｂｓｎｎｔｕｔｒｄｄｎｍｉｇｉａｅｎｌｃｌｅｓｉｇｍｅｈｄ，ｔｅｖｒ — ｓｅｌｔａｌｍｅｔｒｅｃｉｄ１ｙｕｉｇｕｓｒｃｕｅｙａｃｒｄｂｓｄｏａｒｍｅｈｎｔｏｈｏｏｈａｉａ

某火炮膛内压力的测试研究分析

开关、测压器壳体及缓冲垫组成。测试系统由信号采集传感器模块、配放大电路模块、片机、适单以及串行接口组成。膛内压力信号的测量选用压电晶体压力传感器；电荷放大器将压电式压力传感器输出的高阻抗微弱电荷信号变换放大成低阻抗的电压信号。系统选用ＴＩ司公ＭＳ４０单片机内部ＲＡ和ＦＡＨ作为存储单元，Ｐ３ＭＬＳ将经Ａ／转换后的数据存人内部ＦＡＨ中，以避免系ＤＬＳ可统掉电以后数据的丢失。系统回收后，通过Ｒ２２接可Ｓ３
41016l0l8l2lo22i22l22l0相比铜柱测压器火炮发射前把铜柱测压器放置在炮弹药筒内底部发射时火炮的膛压通过活塞作用到铜图3第3发弹的膛压曲线柱上铜柱产生塑性变形发射后测量铜柱的塑性变形在火炮发射时弹丸受到的火药气体推力为量由于铜柱高度的测量还采用人工目测检测的方式这fp1种方法存在主观性强误判率高造成检测精度降低
口将存储器中的数据读至计算机中，行数据的分析和进处理，得到膛压的Ｐ—ｔ曲线。基本原理见图２。
ＩＩ … … … Ｉ：：：：：：：：：：：：：：＿Ｉ … Ｉ：：：：：：：：：：：：：Ｉ：：：：：：：：：＿
动力法。这种方法是使力作用到一个物体上，物体产使生运动，录下物体的运动诸元（行程、记如速度和加速度）及随时间的变化，以确定力的大小。
２１铜柱测压原理．

高压气动抛投器的气动性能实验与仿真验证

高压气动抛投器的气动性能实验与仿真验证引言：高压气动抛投器是一种利用高压气体驱动的装置，广泛应用于航空、航天、军事和工业领域。

为了保证抛投器的性能稳定和可靠性，进行气动性能实验和仿真验证是必要的。

本文将探讨高压气动抛投器的气动性能实验方法和仿真验证技术。

一、高压气动抛投器的工作原理高压气动抛投器是通过压缩气体的能量将负载物体抛射出去的装置。

其工作原理基于气体的压力和流动性能。

当气体经过抛投器内的喷嘴时，气体的压力将把负载物体推出抛投器。

因此，高压气动抛投器的气动性能对其工作效果至关重要。

二、高压气动抛投器的气动性能实验1. 流量与压力测试流量和压力是评估高压气动抛投器性能的重要参数。

在实验过程中，可以通过设置不同的工作条件来测量气体的流量和压力。

利用流量计和压力传感器可以准确测量气体在抛投器中的流动和压力情况。

2. 气动效率实验气动效率是指高压气动抛投器在将气体的能量转化为运动能量时的效率。

通过测量负载物体的抛射速度和压缩气体的初始条件，可以计算出高压气动抛投器的气动效率。

实验中可以通过改变气体压力和负载物体的质量来探究气动效率的变化规律。

3. 抛射距离实验抛射距离是高压气动抛投器的另一个重要性能指标。

通过设置不同的抛投条件，如气体压力、喷嘴直径和负载物体质量，可以测量抛射物体的最远飞行距离。

实验中需要注意安全因素，并采取必要的防护措施。

三、高压气动抛投器的仿真验证除了实验方法，仿真验证也是评估高压气动抛投器性能的重要手段之一。

通过建立高压气动抛投器的数学模型，可以进行各种参数的仿真计算和分析。

1. 气动性能仿真利用计算流体力学（CFD）方法，可以对高压气动抛投器的气流分布、压力分布和速度分布进行仿真计算。

通过调节各种参数，如喷嘴形状、喷嘴角度等，可以优化气动性能，提高抛投器的效率和稳定性。

2. 动力学仿真动力学仿真可以模拟负载物体在高压气动抛投器中受到的力和运动情况。

通过建立动力学模型，可以预测负载物体的抛射速度、抛射角度和飞行轨迹。

子母弹不同舱段分离流场特性及运动特性研究

子母弹不同舱段分离流场特性及运动特性研究近年来，随着科学技术的发展，气体动力学在各行各业中发挥着越来越重要的作用，尤其是在军事领域。

虽然气体动力学的应用已经有了很大的改变，但在某些特殊的发射装置方面，尤其是子母弹领域，仍然存在许多未知因素。

因此，对子母弹不同舱段分离流场特性及运动特性的研究显得尤为重要。

一般来说，子母弹是指在同一发射装置中发射多枚类似的弹体，这种弹体具有不同的飞行段数，在不同的飞行舱段中可以发挥不同的作用。

当子母弹发射时，它们会进入空间环境，受到空气动力学的影响，因此，研究子母弹在运动过程中的分离流场特性及运动特性是十分重要的。

首先，利用不同参数的数值模拟，可以模拟不同类型的场景，分析子母弹在不同舱段分离流场的特性。

通过模拟，可以计算出不同的参数，如流场的压力、速度、动量、温度等，从而推导出子母弹在运动过程中不同舱段的分离流场特性。

其次，通过实验室试验，可以观察到子母弹在不同舱段分离过程中的细节特性，进行试验室参数和计算物理仿真的核对，从而进一步准确地确定子母弹分离流场特性。

同时，对子母弹运动特性的研究也是十分重要的，可以通过模拟和实验室试验，推测子母弹在不同舱段运动过程中的空气动力特性，在发射轨迹的拟合方面也有一定的作用。

最后，基于上述研究，可以进一步分析子母弹发射装置在设计、优化及精确控制等方面的影响，以期获得最佳的发射轨迹，提高子母弹的准确性。

以上就是有关子母弹不同舱段分离流场特性及运动特性的研究内容。

子母弹发射装置的设计与研究，不仅能够提高发射的准确性，还能够有效抑制空中阻力，提高子母弹的射程和稳定性。

通过不断的研究，有望在军事领域得到进一步的发展。

总之，就子母弹不同舱段分离流场特性及运动特性而言，模拟及实验室实验都可以用来分析流场特性，运动特性等，可以推测出子母弹发射轨迹，从而提高弹体发射的准确性及射程。

未来，随着研究的深入，可以期望在军事领域有所突破，从而获得更多的应用。

第一章内弹道性能试验

v v s/t
(11)
式中 v——弹丸在该区间的平均速度； s——该段弹道长度； t ——弹丸飞行s所花的时间。
实际弹丸的速度变化虽不是线性变化的，但只要截取的弹道区间不太长，弹丸的速度都近似线性变化，其中点的瞬时速度都可以用该段的平均速度代替。实践证明，它具有足够的准确性。电子测时仪测速就是基于这种原理，利用区截装置来确定弹道段起止位置，利用电子记时仪器记录该段飞行时间的一种测量弹丸速度的方法。
2、有仰角射击
在有仰角射击时，除计算阻力修正项△vx外，还要对重力的影响进行修正，即
v0 =vx vx vg
vg
g sin
v
s
(1 9) (1 10)
式中
g ——重力加速度；
——平均仰角，
1 2
(0
x)
；
0
v——平均速度，v
1 2
(v0
vx
)；
s——炮口到测速点的行程。
图1-6是有仰角射击时的场地布置。由图1-6可知， s=xcosθ0一hsinθ0，h是炮口到地平面的高度，x是两天幕靶中点到炮口铅直面的水平距离。由于hsinθ0与s相比很小，所以通常可取s≈xcosθ0，x及θ0都是可以直接测量的。
其工作原理为：信号变换器将来自区截装置的靶信号放大、整形为触发脉冲，通过控制电路控制电子开关的启闭，及时把时基发生器产生的精确时标脉冲送入计数器记录并由数码管显示出来。
2.测时仪的分类及智能化测时仪的优点测时仪可分为单通道、双通道和六通道等
智能化测时仪器，如DS-8型、HG202C—Ⅲ型、 DCS—651型及1610型(16通道)。都配有小型微处理机、打印机等,不仅能实时采集飞行时间，还能装定靶距、仰角等参数，并直接处理出飞行速度、组平均值、初速v0及初速的公算偏差等；有的还可对药温、弹丸质量等进行修正，并将结果打印出来，从而大大改善了靶场测速手段，缩短了试验周期。

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高压气体发射装置内弹道特性及膛口流场分析周鹏;曹从咏;董浩【摘要】根据非定常可压缩流动的Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,基于计算流体力学分析软件,采用动网格技术,对弹丸在气室高压气体作用下的运动规律及其流场特性进行了仿真.主要研究了4种不同气室初始气压下膛内平均压力、弹底压力、气室底部压力、弹丸运动参数的变化规律,进一步分析了在气室初压为2.5 MPa下不同时刻马赫数等值线的变化规律.研究结果表明:膛内气流存在振荡现象,气室底部压力、弹底压力变化具有波动性;气室初始气压的大小影响气室底部压力、弹底压力振荡幅度及弹丸出炮口速度;弹丸在管内运动速度及运动时间随距离变化的关系均近似抛物线分布.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2016(037)009【总页数】5页(P1612-1616)【关键词】兵器科学与技术;高压气体;动网格;内弹道;膛口流场;计算流体力学【作者】周鹏;曹从咏;董浩【作者单位】南京理工大学自动化学院,江苏南京210094;南京理工大学自动化学院,江苏南京210094;南京理工大学自动化学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TJ012.1高压气体发射装置不同于以火药燃气为高压动力的推动装置［1-3］，是一种基于高压气体驱动的装置［4-5］。

该装置主要通过发射含有催泪剂、腐蚀剂等特殊物质的弹丸，对短距离内的肇事群体进行控制，还能够与脉冲水炮装置［6］组成一种非致命性协同武器装备，能够应用到打击海盗、反恐等突发事件中。

该装置主要由气室、过渡段、身管、电磁阀等结构组成，如图1所示。

发射前，电磁阀关闭，向气室中通入常温高压或低温高压气体。

发射时，打开电磁阀，气室中气体膨胀，经由过渡段，推动弹丸向前运动。

受到气室压力、气室容量、收缩段长度、收缩角度以及过渡段长度等参数的综合影响，该装置内弹道特性及膛口流场表现出较为复杂的变化。

掌握这种复杂的变化规律对于提高射击精度、达到射击目的具有重要的指导意义。

为了研究该装置在高压气体作用下的内弹道特性及膛口流场的变化规律，本文采用计算流体力学（CFD）分析软件对不同气室初压下的弹丸运动过程进行了模拟，得到了该装置内弹道相关参数的变化规律，并掌握了膛口流场的分布规律。

本文设计的锥形筒气室容积为50 L，气室底部直径为260mm，收缩角为15°，身管口径为130mm，长度为1.3m，过渡段水平长度为130mm，弹丸质量为5 kg，将弹底与身管尾部平齐。

电磁阀关闭时，向气室通入高压气体。

在气体膨胀过程中，过渡段能够防止弹底压力突变破坏弹壳结构，当其长度为1倍身管口径时，还可以保证气流首次达到弹底有较大的轴向速度。

由于在实际中，弹丸管内运动形式复杂、多样，对网格设置要求很高，处理较为复杂，本文简化弹丸运动形式，做出如下假设:1）弹丸与身管无间隙，以避免高压气体泄露；2）弹丸沿x轴正向平射，忽略重力影响；3）考虑弹管摩擦受力情况，利用修正系数修正弹丸摩擦力；4）初始气室高压气体混合充分、均匀，各处压力一致。

基于上述假设，本文建立了二维轴对称模型用来模拟弹丸发射的运动过程，确定外流场的网格划分范围为右侧压力出口距离膛口x方向距离2 m， y方向距离膛口1.5m，坐标原点为弹底中心。

初始网格划分及边界条件的设置如图2所示。

为了避免弹丸运动而产生较大的网格变形，本文采用动态分层法模拟弹丸运动。

运动域与静止域用交界面形式严格分隔，随着弹丸沿x轴向运动，整个运动域左边界网格不断被拉伸、分裂，而右边界网格不断被压缩、合并；在弹头附近采用三角形网格以更好地捕捉其形状；在管口处加密外流场网格密度以更好地捕捉弹丸出膛口流场特性；弹丸边界、交界面2动域侧、动域对称轴及整个域都以相同速度沿x 轴向运动，该速度由前一时间步计算结果决定。

在每一仿真过程中，向气室中充满不同压力的空气，设置全局计算域温度为300 K.本文借助CFD流体分析软件，并嵌入控制弹丸运动的程序，采用基于压力求解器的PISO求解方法，得到了在4种不同气室初始气压下的内弹道变化特性以及流场变化规律。

3.1 内弹道特性分析打开电磁阀后，弹丸受到高压气体作用，克服弹前空气阻力和弹丸与身管摩擦力，不断向前运动。

由于膛内膨胀波及反射波的相互作用，膛内压力发生一系列较为复杂的变化。

膛内平均压力p在不同气室初始气压p0下随管内运动距离x的变化规律如图3所示。

由图3可知，膛内气体膨胀做功，推动弹丸向前运动，弹丸距离增大导致膛内体积增大，膛内平均压力随之降低。

弹丸移动相同距离，气室初始气压越大，膛内平均压力降低得越多。

在不同气室初始气压p0下，弹底压力pp、气室底部压力pc、运动时间t及运动速度v随管内运动距离x的变化规律分别如图4～图7所示，最大弹底压力pp，max、最大气室底部压力pc，max与对应的弹丸运动参数（t、x、v）关系分别如表1、表2所示以及不同气室初始气压p0与弹丸膛口处速度v0、管内运动时间t0的关系如表3所示。

由图4可知，电磁阀打开后，由于过渡段初始压力为标准大气压，低于气室压力，高压气体沿x轴正向迅速膨胀直到弹底，气流受到静止弹丸阻碍，开始产生较弱的反射波，同时对弹底产生气动推力，推动弹丸运动。

结合表1可知，当弹丸向前运动很短距离内，膛内气流继续膨胀，膨胀波强度较大，弹底附近气体高度被压缩，反射波强度迅速增强，弹底温度很快升高，气体分子热运动加剧，弹底压力迅速增大，并大于气室初始压力，使得弹丸迅速获得较大的加速度，继续加速运动。

随着弹丸向前运动，由于气流速度大于弹丸运动速度及气室良好的气密性，膛内膨胀波与反射波不断相互作用，弹底压力呈现波动性变化。

但随着弹丸距离增大，膛内体积增大，膛内气流能量逐渐降低，弹底压力波动性幅度逐渐减弱，直至弹丸飞出膛口。

在不同气室初始气压下，弹底压力随弹丸位置变化的波动性规律相似。

由于气室初始气压越大，膛内膨胀波与反射波相互作用越剧烈，弹丸运动得也越快，因此，弹底压力波动强度越大，其波峰值前移。

由图5可知，在弹丸开始运动的一小段距离内，气室底部压力保持不变，这是因为在电磁阀开启初期，气室初始气压分布均匀以及具有较大的容积，同时运动弹丸底部产生的反射波强度较小，气室底部附近气体几乎不受影响，分布较均匀。

随着弹丸运动距离增大，气室底部气流开始流动，气室底部压力由于气体膨胀而减弱。

结合表2可知，当弹底处的反射波强度大于膛内膨胀波强度时，气室气流逐渐流向气室底部，气室底部气流受到反压缩作用，首次产生反向压缩波，并在气室底部产生较强的反射波，气室底部温度很快升高，气体分子热运动加剧，气室底部压力很快增大，并高于气室底部初始压力。

在膛内膨胀波与反射波不断相互作用下，气室底部压力同样呈现波动性变化。

在不同气室初始气压下，气室底部压力随弹丸位置变化的波动性规律相似，但气室初始气压越大，波动强度越大，气室底部压力波动点前移。

由图6、图7可知，弹丸在管内运动速度随距离变化的曲线及弹丸运动时间随距离变化的曲线都近似抛物线，气室初始气压越大弹丸射出膛口速度越大，运动时间越少。

结合表3可知，由于弹前空气阻力及弹丸与身管摩擦作用，当初始气压增大为4倍，弹丸出膛口时间减少稍大于一半，而膛口速度增大接近2倍。

3.2 流场变化规律分析弹丸从开始运动到射出膛口的整个过程中，膛口流场特性随着弹丸运动距离增加而不断变化，产生了一系列较为复杂的波系。

在不同的气室初始压力下，膛口流场总体变化规律较为一致，但也有所不同。

由于篇幅原因，这里通过选取较为典型的马赫数等值线图，对气室初始压力为2.5 MPa的膛口流场进行了分析。

由图8（a）可知，膨胀波已经推动弹丸运动，膛口管壁处出现了较小的涡流，外流场初步形成，弹底处由于膨胀气流和反射气流的相互作用，由管壁向轴中心处产生涡流。

由图8（b）可知，当弹头越过膛口时，弹头附近产生较为复杂的冲击波，弹头处的涡流强度较大。

膛内气流速度明显存在膨胀波和反射波作用下的分层现象。

由图8（c）可知，弹丸刚飞出膛口时，在弹底产生的反射波及膛内膨胀波共同作用下，气流向弹底两侧空间发散式的膨胀，气流速度迅速变大，并产生了涡流，涡流核心处气流速度达到最大，由于弹丸运动速度不高，弹头并未产生明显的激波，弹头、弹身附近气体速度较小。

由图8（d）可知，随着弹丸加速运动，弹底开始出现马赫盘。

马赫盘左侧气流达到超音速，右侧气流为亚音速，弹底两侧涡流向外扩散，气流速度明显降低，由于气流速度比弹丸速度大很多，超音速气流伴有向弹体合拢的趋势。

由图8（e）可知，当弹丸继续加速运动时，马赫盘随之移动、缩小，并出现明显的反射激波和滑移面，其左侧气流速度进一步增大，其右侧气流速度进一步减少，超音速气流逐渐向弹体合拢，包裹弹体。

由图8（f）可知，当运动距离继续增大时，膛内膨胀波进一步减弱，马赫盘滑移面弯曲，弹底亚音速区出现明显的相交波，伴有气流速度较大的涡流，马赫盘中心受到弹底反射波作用而逐渐凹陷，马赫盘逐渐向膛口侧回缩，由于弹头冲击波的作用，弹身处气体逐渐脱离表面，超音速气流进一步包裹弹体，但并不能完全包裹弹体。

通过对4种不同初始气室压力下弹丸运动和流场特性的变化规律进行数值模拟及对比分析，主要得到结论如下:1）弹丸在管内运动是膨胀波及反射波不断相互作用的结果，并伴有复杂的流场变化特性，膛口附近出现一系列变化复杂的波系。

2）不同初始气室压力下，弹丸运动参数变化规律类似，但初始气室压力越大，出膛口时间越短，速度越大。

3）受过渡段的影响，膛内气流在膨胀波及反射波相互作用下出现振荡现象。

振荡气流使得弹丸底部压力波动变化，弹丸底部压力能够获得高于初始气室压力，而且初始气室压力越大，气流振荡幅度越大。

振荡气流是否能提高弹丸出膛口速度有待进一步研究。

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