多超高速运动可变区域耦合的高压瞬态燃烧流动机理研究

Hyper firing-rate gun (HFRG) which is based on electronic ballistic technology (1 million rounds/min), has already attracted broad attention in the fields of closed-in weapon system, area attack, civil fire control and others. However when HFRG fires multi projectiles, the high pressure supersonic multiphase multicomponent reaction flow will seriously affects the firing precision, recoil and other performance. It has been one of the most difficult issue to be resolved in the present development of HFRG. In this project experiment and numerical simulation are carried out to study the mechanism and characteristics of the high pressure supersonic multiphase multicomponent reaction flow in HFRG. According to arbitrary Lagrangian-Eulerian Method(ALE), we plan to build the CFD-DEM model of the multi-dimensional multiphase multicomponent reaction flow and to simulate and analyze the influence rules of the complex multiphase multicomponent reaction flow characteristics when changing different the firing rate, projectile structure, charge parameters. Also the mechanism of multiphase multicomponent reaction flow by the shock wave when multi projectiles fire will be revealed and the optimized parameters matching relations for improving the launch performance also will be investigated. This project lays the theory foundation for the application of HFRG in China. In addition, it also provides a new method for the study on combustion and flow during the launch process of weapons.

基于电子弹道技术的超高射频武器（100万发/分钟），已经成为近程反导、区域攻击、民用消防等领域广泛关注的新型发射技术。然而超高射频多弹密集发射时，多超高速运动可变区域耦合的高压瞬态多相燃烧流动严重影响射击精度、后坐等发射性能，已成为超高射频武器发展中亟待解决的难题。因此，本项目力求从多相多组分反应流动角度分析降低发射性能的关键影响因素，探索最优匹配关系，以达到有效提高发射性能的目的。基于此，结合实验和数值模拟方法，针对多弹发射时膛内与膛口后效期相互耦合的多相多组分燃烧流动过程，建立统一ALE框架下多维介观尺度CFD-DEM多相反应流模型，计算分析关键影响因素对复杂燃烧及流动特性的影响规律，揭示介观混合尺度下多弹发射时膛内及膛口多相多组分反应流动机理，探索提高发射性能的最优参数匹配关系。研究结果将为我国超高射频武器工程应用奠定理论基础，同时也为武器发射时燃烧与流动问题研究提供新的方法与手段。

基于电子弹道技术的超高射频武器（100万发/分钟），已经成为近程反导、区域攻击、民用消防等领域广泛关注的新型发射技术。然而超高射频多弹密集发射时，多超高速运动可变区域耦合的高压瞬态多相燃烧流动严重影响射击精度、后坐等发射性能，已成为超高射频武器发展中亟待解决的难题。本项目结合实验和数值模拟方法，从多相多组分反应流动角度研究多超高速运动可变区域耦合的高压瞬态燃烧流动问题。首先对多维介观尺度的LBM-DEM方法进行改进，提高了气固相互作用的数值模拟精度，同时对不同形状颗粒的流动特性进行了理论与实验研究；为了解决了内弹道两相流三维数值模拟的计算工作量及仿真精度的问题，基于任意拉格朗日欧拉方法建立了火炮内弹道三维两相流模型，并结合MPI方法进行分区并行计算，三维数值模拟结果更为详细地揭示了火炮内弹道两相流动过程的三维发展特性，并讨论了点火参数的影响规律；在此基础上开展了多燃烧室受限空间内的气固两相多维流动规律研究，分析了不同结构、不同参数对于发射性能的影响；建立了膛内多相反应流场与膛口反应流场耦合的多维数值模型，开展了膛口流场的形成机理及结构特点研究；最后分别针对低频发射、弱耦合发射、强耦合发射等工况，研究了超高射频多弹耦合发射的多相多维流动特性，揭示了关键影响因素的作用规律，初步探索了发射性能一致性及后坐力降低的有效改善方向。研究结果将为我国超高射频武器工程应用奠定理论基础，同时也为武器发射时燃烧与流动问题研究提供新的方法与手段。