Influence of the initial propellant temperature and ignition method on ballistic characteristics of a shot in the settin.pdf Рассматривается влияние типа воспламенения и начальной температуры топлива на зажигание метательного заряда и характеристики выстрела в баллистических установках. Анализируются два типа воспламенения метательного заряда: традиционное воспламенение в ствольных газодинамических метательных системах с помощью капсюля-воспламенителя (ЭКВ) и воспламенение с применением одного из перспективных устройств электротермохимической (ЭТХ) технологии -плазматрона типа «флейта», который представляет собой расположенную по оси симметрии метательного заряда удлиненную трубку с отверстиями, через которые осуществляется вдув воспламенительного состава [1]. Для ствольных баллистических систем в большинстве случаев характерным является значительное превышение продольных размеров над поперечными, поэтому, как правило, для описания внутрибаллистических процессов используются квазиодномерные уравнения, что существенно снижает трудоемкость решения конкретных задач. Однако при исследовании зажигания метательного заряда, в том числе, в случае применения воспламенительного устройства типа «флейта», в связи с характером течения происходящие в пороховой камере процессы, по крайней мере, на начальном этапе выстрела, носят существенно неодномерный характер. Поэтому следует учитывать, что решение задачи исследования внутрибаллистических процессов в одномерной постановке может не дать адекватной картины движения внутриканальной среды в ходе выстрела. В связи с этим в данной работе указанная задача рассматривается в осесимметричной постановке. 1 Результаты были получены в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки России, проект № 0721-2020-0032. А.Н. Ищенко, В.З. Касимов, О.В. Ушакова 38 Поскольку во многих случаях волновой характер движения рабочих газов и конденсированных элементов играет существенную роль, в качестве базовой математической модели при решении поставленной задачи выбрана модель полидисперсной смеси твердых частиц и несущей газовой фазы в приближении механики взаимопроникающих континуумов [2, 3]. При записи уравнений предполагается, что вязкость и теплопроводность газа проявляется только во взаимодействии с частицами, и рассматривается случай несжимаемой конденсированной фазы. Записываются уравнения сохранения массы, импульса и внутренней энергии для несущей газовой фазы. Для каждого конденсированного компонента также записываются уравнения сохранения массы и импульса. Для инертных частиц рассчитывается уравнения сохранения внутренней энергии. Отметим, что в уравнениях сохранения импульсов для частиц присутствует член, отвечающий за их силовое взаимодействие, при этом используемое выражение для шаровой части тензора напряжений в конденсированной фазе препятствует неограниченному возрастанию плотности частиц. Расчет зажигания компонента метательного заряда проводится путем решения задачи теплопроводности, при этом каждый компонент рассматривается как реакционно-способная частица [4]. В качестве критерия зажигания компонента используется условие достижения заданной критической температуры на поверхности частицы или в окружающей частицу газовой фазе. После воспламенения прогрев частицы не считается, а вместо этого определяется ее степень превращения. Под временем зажигания метательного заряда подразумевалось время, к которому для всех компонентов заряда выполнится условие зажигания. Система полученных уравнений замыкается соотношениями, определяющими массовое, силовое и энергетическое межфазное взаимодействие системы «газ -конденсированные частицы». Для описания массового взаимодействия фаз используются геометрические законы газообразования, в которых для определения площади поверхности послойного горения используют общепринятые в баллистике полученные из геометрических соображений соотношения, при этом значения параметров - коэффициентов формы для отдельного типа частиц - известны. Также могут применяться физические законы газообразования, в которых величина поверхности послойного горения определяется не из геометрических соображений, а на основании обработки результатов испытаний топлива в манометрической бомбе. В настоящей математической модели результаты, полученные с использованием новых уточненных методик обработки таких экспериментальных данных [5], применяются в виде аппроксимаций зависимости относительной поверхности горения от степени превращения в виде полинома девятой степени и кусочно-линейной зависимости. Для линейной скорости горения применяется квазистационарная степенная зависимость от давления, в которой коэффициент при степени зависит от химической природы и начальной температуры элемента заряда, а показатель степени определяется его составом. Для характеристики силового взаимодействия фаз используется сила сопротивления, для которой на основе имеющихся в литературе данных [6] выбирались зависимости от условий взаимодействия, среди которых главное значение имеют число Рейнольдса относительного движения фаз и объемное содержание газовой фазы. При этом значение коэффициента аэродинамического сопротивления частиц отдельного компонента заряда находится по известным полученным исходя Влияние начальной температуры топлива и метода воспламенения 39 из экспериментальных данных зависимостям [7, 8] для широкого диапазона пористостей. При описании теплового взаимодействия газовой и конденсированной фаз калорийность горящих элементов метательного заряда определяется по известному во внутренней баллистике соотношению. Также для замыкания системы основных уравнений используется уравнение состояния смеси газов типа Дюпре, где коэффициенты уравнения состояния для смеси газов находятся, исходя из известных коэффициентов отдельных газовых компонентов и значений их средних плотностей по определенным соотношениям [3]. Таким образом получаем замкнутую систему для определения средних плотностей газовых компонентов, объемного содержания каждой конденсированной фракции, скоростей газа и частиц, энергии, температуры и давления смеси газов, а также степени превращения и температуры отдельного компонента заряда. Расчетные области для рассматриваемой задачи приведены на рис. 1 и 2. На рис. 1 показана расчетная область при ЭКВ-воспламенении. Область ограничена слева дном камеры, имеющим круглое отверстие (0< r

Скачать электронную версию публикации