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摘要为了研究火药初温对火药颗粒传热、点火燃烧规律特性的影响，以 8/1单基药为例，分析了火药初温对火药燃速系数变化规律的影响，建立了火药颗粒传热和点火燃烧的数学模型。在此基础上结合内弹道学理论和传热学理论，对定容条件下不同初温火药的传热和燃烧过程进行了数值模拟计算，获得了不同温度下的火药的点火燃烧特性曲线及相应的弹道参量的变化规律，并分析了火药初温对火药点火燃烧特性的影响，为进一步研究初温对火药颗粒传热和点火燃烧过程提供依据。 28447
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毕业论文关键词 火药 初温 定容 燃烧规律 数值模拟
Title Influence of Initial Temperature of Propellant on Combustion Characteristics of Propellant
Abstract Taking the single base 8/1 propellant as an example, the mathematical mode is established for studying the influence of the initial temperature of propellant on the law the heat and the characteristics of ignition and combustion of powder grain through analyzing the influence of the initial temperature of propellant on the law of burning rate coefficient changing. On these bases, the numerical simulation about the heat and the process of ignition and combustion of propellant with variable initial temperature on the constant volume condition was done by the mean of the heat transfer theory and the internal ballistics theory and the characteristic curve of the ignition and combustion of propellant and the change rule of corresponding ballistic parameters at different temperature were obtained. The result which the initial temperature of propellant could affect characteristics of ignition and combustion of powder was analyzed so a method which may be used to do further researches on the influence of the initial temperature of propellant on ignition and combustion process of grain is provided.
Keywords Propellant Initial temperature Constant volume Combustion law Numerical simulation
目次
1绪论1
1.1研究背景及意义·1
1.2国内外研究现状·2
1.3论文主要研究内容·4
2火药传热和点火燃烧模型·5
2.1物理模型·5
2.2火药颗粒非稳态传热的数学模型·8
2.3火药定容燃烧模型11
2.4内弹道模型·18
3.火药颗粒点火过程的数值求解21
3.1基本思想·21
3.2一文非稳态传热模型的数值解法·21
3.3初始条件与初值计算25
3.4火药初温对火药点火过程的计算结果及分析27
4火药燃烧过程的数值计算·31
4.1定容燃烧过程求解方法·31
4.2内弹道过程求解方法·33
结论39
致谢41
参考文献43
1 绪论 1.1 研究背景及意义 在身管武器诞生的很长的一段时间里，火药装药的初始温度一直是制约枪炮等常规制式武器发展的重要因素之一。即使在火炮构造诸元及装药条件等方面相同的情况下，在不同的地区的不同的季节，甚至是在同一天的不同时刻，火炮的弹道性能都不相同，有时候甚至相差很大[1]。环境温度，其实更准确地说应该是火药和装药的初始温度，对其自身的弹道性能的影响比较大。在环境温度较低和较高的情况下分别进行的火炮射击试验都表明了这样一个事实：低温时弹丸的初速和整个射击过程的膛压都相对偏低，高温时弹丸的初速和整个射击过程的膛压都偏高。对于有些射击初速较大的火炮，射击试验结果表明，高温时的初速与低温时的初速之差最大可有 100m/s 之多，并且人们发现，当火炮初速越是提高，这种差异随之也就增大越多。 一个优良的武器系统，要求在不同的地区和不同的季节时令使用时都能表现出相对稳定的弹道性能。地域和气候条件的变化，有空气密度、湿度等的变化，但最主要的是环境温度发生的变化引起了发射药燃速变化，发射药燃速的变化会引起身管武器最大膛压和初速等一系列弹道性能的变化，这些变化显然会给在不同的环境条件下的武器使用带来许多意想不到的问题。环境温度的变化不仅引起了枪炮等武器的弹道性能的大幅度削减，造成了火药能量不能完全有效地得到利用，还造成了枪炮等武器系统的设计难度系数增加、武器系统安全性和可靠性变差等诸多不利因素。 不同的地域和气候条件下， 温差最高可达±50℃以上。 据有关枪炮武器的射击数据统计 , 在极限温差下枪炮的膛压和初速的变化最高分别可达 40%和 10% 以上。同样的，对于火箭弹的两个重要工作参数━工况压力和推力，在最大温差下的变化幅度可达 50%~160%[2]。显然，这使不同气温下的枪炮弹丸的射程、射击精度和有效毁伤目标的能力变化剧烈 , 与此同时，也大大增加了枪炮武器系统的身管长度和体积重量，弹丸初速和膛压的的提高以及武器系统的机动性受到了极为严重的阻碍。之所以会出现如上所述的种种不利情况，从化学角度来说，最为主要的原因就是火药初温的改变造成了发射药装药燃速的改变 。因此，如何有效地降低、抑制和克服发射药初始装药温度变化带来的种种有害效应，就成为了国内外火药装药技术工作者和内弹道工作者的一项重要任务。
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