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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