Page 20 - 《含能之美》2019封面论文
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202 赵小亮，张小兵
文章编号：1006⁃9941（2019）03⁃0202⁃08
管状发射药内孔侵蚀燃烧与流动特性
赵小亮，张小兵
（南京理工大学 能源与动力工程学院，江苏 南京 210094）
摘 要： 为了研究管状发射药内孔侵蚀燃烧及气体流动的特性，建立了考虑管内气相区域、管外的气相区域和固体火药区域的密
闭爆发器内弹道模型。通过数值模拟结果与文献实验数据比对，验证了该密闭爆发器内弹道模型与计算方法的准确性。在此基础
上，分别讨论了不同火药长度、内径和装填密度对内孔侵蚀燃烧的影响，结果表明，内径 d=0.56 mm、长度 l=50 mm 管状药、已燃百
-1 -1
分比 0.016≤ψ≤0.8 范围内，孔内外最大压力差由 1.23 MPa 增加至 2.00 MPa，端面最大气体速度由 430 m·s 减小至 200 m·s ，端
面最大的侵蚀燃烧系数由 1.98 下降至 1.10，内孔侵蚀燃烧临界点由距离对称面 7 mm 处移动到 20 mm，侵蚀燃烧面积减小 65%；燃
通比是影响内孔侵蚀燃烧的重要因素，燃通比小于 71.4 时侵蚀燃烧不发生；随长度增加、内径减小即随燃通比增大，侵蚀燃烧强度
变强，燃通比大于 142.8 时侵蚀燃烧非常明显；当装填密度增加时，端面气体最大速度和侵蚀燃烧系数有微弱减小，而管内外气体压
差增加明显。
关键词：管状发射药；密闭爆发器；内孔气体流动；侵蚀燃烧；数值模拟
中图分类号：TJ012.1 文献标志码：A DOI：10.11943/CJEM2018080
［9］
生。张柏生 基于谢列伯梁列夫的窄孔理论，对侵蚀燃
1
引 言
烧形成的双锥喇叭口形状的原因和机理进行了分析，
［10］
提出管内气流效应是侵蚀燃烧的关键因素。杨丰友
高装填密度和高渐增性燃烧装药技术是提高火炮
制备了不同尺寸管状药，通过密闭爆发器试验测试得
［1-3］
弹道性能的有效途径 。长杆状发射药具有点传火性
到火药燃气生成猛度，发现当管状药燃通比大于某值
能好，压力波小，装填密度高等优点，是提高火炮弹道
后，其燃烧是一个非等面燃烧过程，燃烧前期燃气生成
性能的有效途径之一，美国使用部分切口多孔杆状药
猛度增长较大，通过半密闭爆发器中止试验回收测得
［4］
技术 ，通过试验发现在保持最大膛压不变的情况下炮
管状药的直径分布，发现由于侵蚀燃烧作用，管状药的
［5］
口初速增加 6%。王琼林 等通过对多孔环切杆状发射
喇叭口形状明显，靠近端面部分的内孔药由于侵蚀燃
药在半密闭爆发器和模拟火炮中进行试验，发现该种
［11-13］
烧作用燃速增加非常明显。肖正刚等 对多孔长杆
药型点火通畅，压力波变小，示压效率高于粒状药。研
状药进行了密闭爆发器中止试验，测试了内孔直径的
［6-8］
究发现 ，杆状药内孔直径越小、长度越长越有利于火
分布情况，发现长杆状药侵蚀作用也非常明显，可通过
药的增面燃烧；但是随着火药长度的增加，火药内孔的
合理的切口减小多孔长杆状药的侵蚀燃烧的影响。
长径比将变大，火药孔内外的压力差将增大，端面气体
火药内孔气体的压力、密度和速度等是影响火药
速度将增大，极易导致火药破碎和侵蚀燃烧现象的发
侵蚀燃烧的重要参数，而火药密闭爆发器试验是一个
高温、高压密闭燃烧过程，内孔气体的压力、密度和速
收稿日期：2018‑03‑29；修回日期：2018⁃10‑29
网络出版日期：2018⁃12⁃28 度参数不可能进行实时测量。因此，为了研究管状发
基金项目：国家自然科学基金项目（11502114） 射药（也称管状药）内孔侵蚀燃烧及流动特性，本研究
作 者 简 介 ：赵 小 亮（1987-），男 ，博 士 研 究 生 ，主 要 从 事 火 炮 内 弹 道
建立了考虑管状药内孔侵蚀燃烧的密闭爆发器内弹道
方向研究。e⁃mail：xiaoliang2007@126.com
模型，通过数值模拟计算了管状药内孔的压力、气流速
通 信 联 系 人 ：张 小 兵（1968-），男 ，教 授 ，主 要 从 事 内 弹 道 两 相 流 、
新概念发射理论研究。e⁃mail：zhangxb680504@163.com 度及侵蚀燃烧等特性的变化规律，为管状发射药的试
引 用 本 文 ：赵 小 亮 ,张 小 兵 . 管 状 发 射 药 内 孔 侵 蚀 燃 烧 与 流 动 特 性 [J]. 含 能 材 料 ,2019,27(3):202-209.
ZHAO Xiao‑liang, ZHANG Xiao‑bing. Internal Perforation Erosive Burning and Flow Characteristics of Tubular Propellant[J]. Chinese Journal of Energetic Materials
（Hanneng Cailiao）,2019,27(3):202-209.
www.energetic-materials.org.cn
Chinese Journal of Energetic Materials，Vol.27, No.3, 2019（202-209） 含能材料
