【摘 要】
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当今武器系统的多元化、多维化、攻击饱和化发展,对近程防御武器系统性能提出了更高要求。高速及超高速转管火炮射速快,整体结构紧凑,主要用于防空反导末端防御。当前武器发展趋势需要转管炮在不同的武器平台有更好的适装性,其系统后坐和炮口流场超压的控制性能面临更严峻挑战。研究表明,炮口超压流场发展变化会极大改变炮口制退器受力,而制退器会对火炮炮口稳定性、后坐特性等都产生影响。本文基于转管武器系统结构及工况,从
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当今武器系统的多元化、多维化、攻击饱和化发展,对近程防御武器系统性能提出了更高要求。高速及超高速转管火炮射速快,整体结构紧凑,主要用于防空反导末端防御。当前武器发展趋势需要转管炮在不同的武器平台有更好的适装性,其系统后坐和炮口流场超压的控制性能面临更严峻挑战。研究表明,炮口超压流场发展变化会极大改变炮口制退器受力,而制退器会对火炮炮口稳定性、后坐特性等都产生影响。本文基于转管武器系统结构及工况,从增强转管武器轻量化设计及适装性的角度,对转管武器系统炮口超压流场关键问题进行分析,以期获得性能均衡的制退装置结构方案。本文对炮口超压流场相关流-固作用规律及发展机理进行了数值研究,并基于研究结果和转管武器发射系统设计需求,进行了系统炮口制退结构方案的适应性设计,通过炮口稳定性分析、炮口流场数值模拟等方法,对结构方案进行了评价及优化。主要研究内容如下:(1)根据转管炮的发射系统关键结构和工作中流场变化,对转管武器系统的复杂炮口流场进行了简化分析,并对转管发射系统的炮口超压流场发展和特性进行了分析。基于超压冲击流场的发展机理,对单身管射击和双身管同时击发下的冲击流场与固壁作用进行了理论研究。(2)研究了炮口超压流场的数值模拟理论及方法。然后针对典型的炮口制退器结构特点及作用,分离出四种不同的特征壁面结构。从流场运动、超压分布以及壁面受力等角度详细分析明确了不同特征结构对冲击流场的作用机理及影响规律,并研究得出了耦合超压流场对转管武器发射系统身管组外壁的影响作用。(3)基于制退器的工作原理和炮口超压流场作用机理,结合转管武器发射系统的实际结构特点,以整体方案—局部结构—关键结构的研究路线,对制退器的结构方案进行了适应性设计。研究了不同制退结构方案对炮口超压流场的作用情况,最后发现适用于转管武器发射系统的制退器布局方案为一体式或组合式。(4)对制退器的性能评价指标进行了分析,选定了炮口稳定性、制退效率和炮后超压作为制退器的评价指标。利用动力学分析确定了对转管武器发射系统的炮口稳定性影响更小的结构方案。然后通过正交试验法和炮口流场数值模拟,从流场超压分布和结构受力的角度对制退器不同参数组合下的性能进行了评价,并找到了参数范围内的最优组合方案。通过以上各方面的研究,明确了制退器挡板、侧孔等结构可通过改变超压冲击流场运动来增加制退效率,但同时也会导致炮后超压增强。最终所得适用于转管武器发射系统的制退器结构方案为:整体采用组合式布局,结构类型为反作用式,侧孔对称布置,特征结构仅包含吹孔,实装方式为在身管炮口端直接加工侧孔。最后通过数值模拟分析了所设计的制退结构的效率和冲击流场超压分布情况,验证结果符合设计要求。相关研究表明制退器可以通过修正结构来均衡其制退效率和流场超压分布情况,证实了利用制退器进行转管武器发射系统的后坐控制有较高潜力,并在超压流场相关机理、工程结构设计等方面对后续研究提供了参考。
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