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第一章 枪炮内弹道循环与膛内压力波 1

1.1引言 1

1.2膛内射击现象与流场特性 2

1.2.1膛内射击现象 2

1.2.2膛内流场特性 5

1.3膛内压力波现象及其产生的机理 6

1.3.1压力波物理现象 6

1.3.2膛内压力波的测试方法 10

1.3.3膛内压力波的特征分析 11

1.3.4压力波的传播规律 13

1.3.5压力波形成机理 13

1.3.6压力波、火焰波和应力波的相互关系 15

1.4影响压力波的因素分析 17

1.4.1点火引燃条件 17

1.4.2初始气体生成速率 20

1.4.3装填密度 21

1.4.4火药床的透气性 22

1.4.5药室自由空间的影响 24

1.4.6其他因素 25

1.5压力波的定量描述 27

1.5.1压差法 27

1.5.2压力波频谱分析法 29

参考文献 35

第二章 火药颗粒床挤压和破碎的力学现象 37

2.1引言 37

2.2火药床压缩特性及颗粒间应力 37

2.2.1点火传火过程中火药床受力分析 37

2.2.2探测膛内药粒运动的脉冲X光摄影实验 39

2.2.3火药颗粒的压缩特性 43

2.2.4火药床的压缩特性与颗粒间应力 49

2.2.5颗粒床应力波一维模型 58

2.3火药颗粒破碎特性 60

2.3.1火药破碎度 60

2.3.2火药床动态破碎实验 61

2.3.3单颗粒火药落锤撞击破碎实验 65

2.4火药颗粒破碎的粘弹性理论 69

2.4.1火药颗粒非线性粘弹模型 69

2.4.2破坏函数 74

2.4.3计算结果与实验结果的比较 76

2.5火药颗粒碰撞破碎数值模拟 78

2.5.1火药碰撞时机械载荷的分析 78

2.5.2计算编码和材料模型 79

2.5.3数值模拟结果 80

2.6火药破碎对内弹道性能影响的实验研究 81

2.6.1密闭爆发器燃烧实验 81

2.6.2火药破碎对压力波的影响 83

参考文献 84

第三章 反应两相流内弹道理论基础 86

3.1引言 86

3.2运动控制体的流体力学平衡方程 87

3.2.1运动体积和Reynolds输运定律 87

3.2.2物质体积及其平衡方程 88

3.2.3控制体、运动控制体及其平衡方程 89

3.3粒状火药床气固两相流内弹道基本方程 90

3.3.1基本假设 90

3.3.2分流法双流体模型两相流内弹道平衡方程 91

3.3.3统计平均法双流体模型两相流内弹道平衡方程 98

3.3.4颗粒轨道模型两相流内弹道平衡方程 104

3.4辅助方程 105

3.4.1相间阻力 106

3.4.2相间热交换 108

3.4.3状态方程 109

3.4.4燃烧速率 110

3.4.5形状函数 111

3.4.6点火准则和火药表面温度 111

3.5管状发射药床两相流内弹道模型 112

3.5.1开槽管状药 113

3.5.2未开槽管状药 114

3.6混合装药多相流内弹道数学模型 117

3.6.1基本假设 117

3.6.2基本方程 118

3.6.3可燃药筒与其他点火元件的方程 120

3.7多维两相流内弹道数学模型 122

3.7.1多维两相流内弹道平衡方程 122

3.7.2柱坐标系下三维两相流内弹道平衡方程 125

3.7.3轴对称两相流内弹道平衡方程 128

3.8内弹道两相湍流数学模型 129

3.8.1基本假设 130

3.8.2时均方程组 130

3.8.3 k-ε-kp模型 131

3.8.4 k-ε-Ap模型 133

参考文献 134

第四章高密实火药床燃烧转爆轰 138

4.1引言 138

4.2高密实粒状火药床燃烧转爆轰基础实验 139

4.2.1实验装置 139

4.2.2实验结果 140

4.2.3实验现象的分析 143

4.3燃烧转爆轰的数值模拟 146

4.3.1基本假设与守恒方程 147

4.3.2本构方程 149

4.3.3数值计算方法 153

4.3.4燃烧转爆轰过程计算结果分析 156

4.4颗粒床的动态与稳态压缩 158

4.4.1准静态、动态压缩实验 158

4.4.2稳态压缩波分析 159

4.5两相稳态爆轰波分析 167

4.5.1理论模型 167

4.5.2平衡终态分析 168

4.5.3冲击波不连续条件 171

4.5.4两相爆轰结构 172

4.6粒状火药床燃烧转爆轰的机理 174

参考文献 177

第五章 反应两相流内弹道模型的数值模拟 180

5.1引言 180

5.2一维两相流内弹道模型的数值求解 181

5.2.1向量形式两相流内弹道控制方程组 181

5.2.2方程组类型 182

5.2.3差分格式及稳定性条件 186

5.2.4边界条件与初始条件 188

5.2.5网格自动生成技术 191

5.2.6间断处理及人工粘性 191

5.2.7滤波和守恒性检查 192

5.3轴对称两相流内弹道模型数值求解方法 193

5.3.1向量形式的两相流基本方程 193

5.3.2坐标变换及方程变换 194

5.3.3计算方法 195

5.3.4初始条件与边界条件 196

5.3.5人工粘性 197

5.4三维两相流内弹道模型数值求解方法 199

5.4.1柱坐标系下主装药床控制方程 199

5.4.2坐标变换形式 200

5.4.3分裂差分格式设计 202

5.4.4壁面边界单侧差分格式 202

5.4.5数值振荡抑制方法 203

5.5单一粒状药床内弹道数值模拟结果及分析 204

5.5.1常规金属点火管点火结构 204

5.5.2烟火双层点火管点火结构 205

5.5.3喷管点火管点火结构 207

5.5.4不同点火结构的理论与试验压力波的比较分析 207

5.6单一管状药床内弹道模拟结果及其分析 208

5.6.1开槽管状药床 208

5.6.2未开槽管状药床 209

5.7混合装药床内弹道模拟结果分析 212

5.7.1两种粒状药组成的混合装药床 212

5.7.2 76 mm火炮 214

5.7.3 105 mm火炮 215

5.7.4 130 mm加农炮 216

5.7.5 152 mm榴弹炮 220

5.8装药间隙对压力波影响的数值模拟 221

5.9火药破碎对压力异常影响的数值模拟 224

5.9.1火药破碎与颗粒间应力 225

5.9.2模拟结果及其分析 225

5.10轴对称两相流内弹道数值模拟 227

5.11三维两相流内弹道数值模拟 229

5.12内弹道数值模拟小结 231

参考文献 233

第六章 火药床点火与传火 236

6.1引言 236

6.2点火基本概念与点火准则 237

6.2.1点火基本概念 237

6.2.2点火准则 238

6.3火药热分解实验 239

6.3.1热分解基本特性 240

6.3.2热分解动力学参数 243

6.4火炮的点火系统 244

6.4.1炮膛中的点火和传火 244

6.4.2点火系统的基本性能 247

6.4.3影响点火过程的因素 248

6.5点火理论模型 250

6.5.1固相点火理论 250

6.5.2气相点火理论 252

6.5.3异相点火理论 252

6.5.4统一的点火理论 253

6.5.5点火理论及模型的比较 254

6.6综合点火模型数值分析 255

6.6.1物理模型 255

6.6.2数学模型 256

6.6.3计算方法及结果讨论 259

6.7中心点火管数学物理模型及计算 262

6.7.1点火管的物理模型 262

6.7.2点火管的数学模型 263

6.7.3数值计算结果及分析 267

6.8新概念点火结构 268

6.8.1双管点火和快速点火传播（ RIP）点火管 269

6.8.2低速爆轰点火装置（LVD） 270

6.8.3激光点火 271

6.8.4爆炸网络点火 278

参考文献 278

第七章 轻气炮内弹道理论 280

7.1影响弹丸初速的基本因素 280

7.2弹丸最大可能速度 281

7.2.1定常假设下的极限速度 281

7.2.2经典内弹道理论的弹丸极限速度 282

7.2.3非定常等熵假设下的逃逸速度 283

7.2.4三种极限速度的讨论 284

7.3膛内气体压力扰动的传播 285

7.3.1膛内气体压力扰动传播的定性分析 285

7.3.2声惯性 286

7.4超高速火炮的理想工质 289

7.4.1增大逃逸速度 289

7.4.2减小声惯性 290

7.5一级轻气炮——预燃火炮 291

7.5.1预燃火炮发射原理 291

7.5.2基本假设和方程组 292

7.5.3膛内气体介质中的扰动传播 293

7.5.4等截面简波条件预燃炮特征方程 294

7.5.5等截面简波条件预燃炮中理想发射药气体方程系 295

7.5.6等截面非简波条件下的预燃火炮 297

7.5.7有坡膛情况下的预燃火炮 299

7.5.8一级轻气炮内弹道数值模拟 301

7.6二级轻气炮工作原理及数学模型 304

7.6.1二级轻气炮的工作原理 304

7.6.2二级轻气炮数学模型 305

7.6.3化学反应加热 310

参考文献 311

第八章 液体发射药火炮推进原理及其内弹道数学模型 312

8.1引言 312

8.2液体发射药火炮的内弹道循环 314

8.2.1整装式液体发射药火炮的内弹道循环 314

8.2.2再生式液体发射药火炮的内弹道循环 317

8.3高压喷射雾化的实验研究 320

8.3.1实验装置 321

8.3.2圆柱形喷嘴瞬时射流形态 321

8.3.3环形间隙喷嘴瞬时射流形态 322

8.3.4射流核 323

8.4液体射流破碎和雾化机理 324

8.4.1液体射流破碎成液滴的机理 324

8.4.2未破碎射流长度的数学描述 325

8.4.3射流破碎形成液滴尺寸的数学描述 326

8.4.4射流雾化模型 327

8.5再生式喷射模型 329

8.5.1以往喷射模型的回顾 329

8.5.2喷射模型的建立 330

8.6液体燃料的物理化学性能 332

8.6.1液体燃料的分类及其理化性能 332

8.6.2液体燃料性能的基本要求 335

8.7 HAN基发射药液滴燃烧 337

8.7.1液滴燃烧实验方法 338

8.7.2 HAN基发射药液滴燃烧特性 339

8.7.3 HAN基发射药液滴燃烧简化模型 342

8.8再生式液体发射药火炮内弹道零维模型 346

8.8.1内弹道模型应考虑的因素 347

8.8.2物理模型及基本假设 348

8.8.3基本方程 349

8.8.4再生式液体发射药火炮内弹道封闭方程组 352

8.8.5初始条件 353

8.9再生式液体发射药火炮内弹道Lagrange问题 355

8.9.1气动力数学模型和速度分布 355

8.9.2弹后空间压力分布 357

8.9.3弹后空间的平均压力 358

8.10计算例题 359

8.11再生式液体发射药火炮内弹道气液两相双连续数学模型 362

8.11.1物理现象和基本假设 362

8.11.2数学模型 364

8.11.3定解条件 367

8.11.4数值解的坐标变换 367

8.12再生式液体发射药火炮内弹道气液两相轨道模型 368

8.12.1物理模型 368

8.12.2数学模型 369

8.13整装式液体发射药火炮气液两相流内弹道数学模型 373

8.13.1整装式液体发射药火炮的内弹道特点 373

8.13.2数学模型 374

8.13.3液体卷吸 378

8.13.4边界条件 379

8.14液体发射药火炮的点火 380

8.14.1点火器的基本要求 380

8.14.2电点火 381

8.14.3其他点火方式 384

参考文献 385

第九章 电磁推进原理及其内弹道数学模型 387

9.1电磁推进概念、意义及应用前景 387

9.1.1电磁炮的发展概况 387

9.1.2电磁炮的优点及应用前景 389

9.1.3电磁炮的关键技术 391

9.2电磁炮的分类 392

9.2.1导轨炮 392

9.2.2线圈炮 393

9.2.3重接炮 393

9.3电磁导轨炮的内弹道模型 395

9.3.1固体电枢内弹道方程组 395

9.3.2等离子体电枢内弹道方程组 397

9.3.3转换效率 400

9.4分散馈电导轨炮 401

9.4.1分散馈电的作用及方式 401

9.4.2分散馈电导轨炮内弹道方程组 403

9.5箍缩电磁炮 404

9.5.1箍缩电磁炮的概念 404

9.5.2箍缩电磁炮的理论模型 405

9.6电磁火箭炮 408

9.6.1基本概念及分类 409

9.6.2理论模型 410

9.7电磁线圈炮的空间应用 411

9.7.1小卫星发射 412

9.7.2月球氧的运送 412

参考文献 413

第十章 电热化学炮内弹道理论 415

10.1电热化学炮的发射原理 415

10.2受约束高压放电等离子体的基本性质 416

10.2.1等离子体存在的基本条件 416

10.2.2等离子体的鞘层 417

10.2.3等离子体状态方程 418

10.2.4等离子体的宏观方程 419

10.3化学工质的选择及其热化学性能 421

10.3.1化学工质的分类 421

10.3.2工质的热化学性质 422

10.4等离子体与化学工质的相互作用 426

10.4.1化学工质的反应速率 426

10.4.2影响化学工质反应速率的因素 428

10.4.3化学工质反应速率对内弹道性能的影响 429

10.5电热化学炮内弹道经典模型 432

10.5.1放电管等离子体数学模型 433

10.5.2燃烧室内弹道数学模型 435

10.5.3计算举例 438

10.6液体发射药电热化学炮内弹道一维两相流模型 439

10.6.1物理模型 439

10.6.2放电管内等离子体一维流动数学模型 440

10.6.3燃烧室一维两相流数学模型 440

10.6.4算例 443

10.7电热炮脉冲功率源 444

10.7.1电容器组储能技术 445

10.7.2电容器组放电技术 447

10.7.3脉冲形成网络及数学模型 449

参考文献 450

第十一章 冲压加速发射原理 452

11.1引言 452

11.2冲压加速原理及工作模式 454

11.2.1冲压加速原理概述 454

11.2.2冲压加速工作模式 456

11.3混合气体工质 457

11.3.1混合气体种类及热力学性质 458

11.3.2混合气体的燃烧实验 458

11.3.3混合气体的高压不稳定燃烧分析 459

11.3.4频谱分析 460

11.3.5混合气体工质的C-J爆轰速度 461

11.4亚音速燃烧热节制推进一维内流场数值模拟 464

11.4.1基本假设 464

11.4.2平衡化学一维数学方程 464

11.4.3计算结果分析 468

11.5亚爆轰推进一维模型的解析解 470

11.5.1量纲一的推力表达式 470

11.5.2弹道效率与推力压力比 473

11.6冲压加速器非反应流数值计算 475

11.6.1基本方程 475

11.6.2网格生成 476

11.6.3计算方法 477

11.6.4边界条件 478

11.6.5计算结果分析 478

11.7冲压加速器化学反应湍流理论模型 479

11.7.1控制方程 479

11.7.2湍流模型 482

11.7.3化学反应模型 482

11.7.4平衡动力学模型 483

11.7.5计算格式 485

11.8冲压加速器反应流场分析 486

11.9冲压加速过程的测试技术 490

11.9.1测试方法 490

11.9.2三种工作模式实验结果分析 491

11.9.3冲压加速气动力分析 494

参考文献 497

第十二章 装药安全性评估 501

12.1引言 501

12.2膛炸模式及其机理 503

12.2.1膛炸模式 503

12.2.2膛炸机理分析 505

12.3压力波安全性评估与压力波敏感度 507

12.3.1压力波安全性评估 507

12.3.2某些火炮装药的压力波敏感度曲线分析 509

12.4装药安全性的评估方法 516

12.4.1基于-△pi的评估方法 516

12.4.2基于频谱分析的评估方法 519

参考文献 520

第十三章 内弹道循环随机模拟 521

13.1膛内射击过程的随机现象 521

13.1.1装药量分布及统计特征 522

13.1.2火药厚度分布及统计特征 525

13.1.3最大压力分布及统计特征 526

13.1.4初速分布及统计特征 527

13.2 Monte-Corlo法在内弹道随机模拟中的应用 528

13.2.1基本理论及计算公式 528

13.2.2内弹道循环随机模拟的实施 530

13.3计算举例 531

参考文献 534

中英文人名对照表 535