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基于多种群差分进化算法的火箭弹自力弹射多目标约束优化设计

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航空动力学报 2023年第6期38卷 1516-1524页

作者：宋健李超佘湖清蔡蒨中国船舶集团有限公司宜昌测试技术研究所湖北宜昌443000

针对火箭弹自力弹射设计中降低低压室压强峰值与提高弹体出筒速度之间的矛盾,开展自力弹射的优化设计工作。建立自力弹射发动机-低压室耦合内弹道求解模型,并开展两种工况共4发实弹的验证试验;提出融合多种差分策略的多种群差分进化算法... 详细信息

针对火箭弹自力弹射设计中降低低压室压强峰值与提高弹体出筒速度之间的矛盾,开展自力弹射的优化设计工作。建立自力弹射发动机-低压室耦合内弹道求解模型,并开展两种工况共4发实弹的验证试验;提出融合多种差分策略的多种群差分进化算法,并采用“剔除-补足”操作处理优化过程中的约束条件;考虑自力弹射的实际设计约束,以低压室压强峰值和弹体出筒速度为目标建立两目标约束优化模型,并采用多种群差分进化算法进行优化计算。结果表明:计算得到的Pareto前沿近似呈斜率不同的两段线性区间,随低压室压强峰值增大,相同压强增幅带来的出筒速度增量减小;在Pareto前沿上均匀选取12个优化方案并采用逼近理想解排序法进行排序,排序后得到的最终优化方案的低压室压强峰值降低16.11%,弹体出筒速度增加54.55%,自力弹射性能得到提升。

关键词：火箭弹自力弹射内弹道模型多目标约束优化差分进化逼近理想解排序法(TOPSIS)

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火箭弹自力弹射内弹道特性

兵工学报 2021年第5期42卷 944-954页

作者：宋健宋向华蔡蒨佘湖清中国船舶集团有限公司第710研究所湖北宜昌443000

为消除火箭弹发射尾焰对发射装置周围人员及设备的威胁,提出了一种火箭弹自力弹射技术方案,将发射尾焰限制在发射筒内直至弹尾离筒。基于经典内弹道学推导得到火箭弹自力弹射的内弹道数学模型,并进行了低压室初始长度300 mm、低压室初... 详细信息

为消除火箭弹发射尾焰对发射装置周围人员及设备的威胁,提出了一种火箭弹自力弹射技术方案,将发射尾焰限制在发射筒内直至弹尾离筒。基于经典内弹道学推导得到火箭弹自力弹射的内弹道数学模型,并进行了低压室初始长度300 mm、低压室初始长度300 mm与低压室开有2个孔径为15 mm的孔、低压室初始长度150 mm 3种工况共5发实弹的验证试验。对比仿真数据与试验数据发现:二者低压室压强随时间变化曲线的一致性较好;低压室压强峰值的最大相对误差为9.29%,弹体出筒瞬间速度的最大相对误差为5.24%,模型的有效性得到验证。以自力弹射内弹道模型为基础,分析低压室开孔、低压室初始长度、发射筒长度、发动机流量对其内弹道特性的影响,为火箭弹自力弹射的内弹道研究提供了理论参考。

关键词：火箭弹自力弹射内弹道龙格-库塔法数值分析

低压室初始长度对火箭弹自力弹射出筒尾流场的影响

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推进技术 2022年第10期43卷 73-81页

作者：宋健李超蔡蒨佘湖清宜昌测试技术研究所湖北宜昌443000

低压室初始长度的改变直接影响火箭弹自力弹射过程中低压室压强的建立,进而对弹射出筒过程中的尾流场产生影响。基于二维轴对称N-S方程建立了火箭弹自力弹射出筒尾流场的数值计算模型,采用动网格技术对弹射出筒的全过程进行了非定常数... 详细信息

低压室初始长度的改变直接影响火箭弹自力弹射过程中低压室压强的建立,进而对弹射出筒过程中的尾流场产生影响。基于二维轴对称N-S方程建立了火箭弹自力弹射出筒尾流场的数值计算模型,采用动网格技术对弹射出筒的全过程进行了非定常数值计算。采用文中计算模型对超声速冲击射流试验进行了模拟,得到的流场结构与试验纹影图匹配良好;开展了自力弹射的实弹发射试验,仿真数据与试验数据的一致性较好,在此基础上分析了低压室初始长度对尾流场不同阶段的影响。结果表明,随着低压室初始长度增加,尾流场初始阶段震荡幅度增大且震荡时间延长;尾流场发展阶段内弹体位移增量及速度增量减小,尾流场稳定阶段内弹体位移增量及速度增量增加;自力弹射过程中低压室压强显著下降,为降低对发射装置结构强度的设计要求,低压室初始长度应在设计范围内选择较大值。

关键词：自力弹射燃气射流起始冲击波火箭弹数值模拟

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火箭弹自力弹射低压室流场特性数值分析

固体火箭技术 2021年第6期44卷 839-849页

作者：宋健宋向华蔡蒨佘湖清中国船舶第710研究所宜昌443000

火箭弹自力弹射离筒前尾焰一直被限制在低压室内,为弹体提供附加的发射动力,但也导致发动机工作过程中的背压较高,使其燃气流场特性不同于自力发射。为研究火箭弹自力弹射过程中低压室内复杂的燃气流动特性,以二维轴对称N⁃S方程为基础,... 详细信息

火箭弹自力弹射离筒前尾焰一直被限制在低压室内,为弹体提供附加的发射动力,但也导致发动机工作过程中的背压较高,使其燃气流场特性不同于自力发射。为研究火箭弹自力弹射过程中低压室内复杂的燃气流动特性,以二维轴对称N⁃S方程为基础,建立了自力弹射低压室燃气流场的计算模型。利用建立的计算模型对超声速冲击射流试验进行了仿真,得到的流场特征及数据与试验结果吻合良好。在此基础上,采用动网格技术,对弹体的出筒过程进行了非定常数值模拟。结果表明,自力弹射过程中,起始冲击波会导致流场产生震荡,随流场发展震荡逐渐消失;弹体出筒过程中,喷管出口燃气流会在欠膨胀状态和过膨胀状态之间转换,流场震荡结束后,燃气流稳定在过膨胀状态;结合某特定型号火箭弹,相比于自力发射,在相同发射条件下,自力弹射的出筒速度提高410.86%,出筒时间缩短74.34%。

关键词：自力弹射燃气射流动网格数值模拟

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二次燃烧对自力弹射内弹道影响分析

宇航总体技术 2024年第2期8卷 1-5页

作者：蒲鹏宇穆洪斌何定洲马保海宁雷北京宇航系统工程研究所北京100076 中国运载火箭技术研究院北京100076

目前弹射所用低温药柱的燃烧平衡产物中含有可燃气体成分,遇初容室内氧气后发生二次燃烧,影响初容室内流场与弹射内弹道特性。为了分析二次燃烧对自力弹射方案内弹道的影响,建立了自力弹射可压缩流动仿真模型,结合有限速率化学反应模型... 详细信息

目前弹射所用低温药柱的燃烧平衡产物中含有可燃气体成分,遇初容室内氧气后发生二次燃烧,影响初容室内流场与弹射内弹道特性。为了分析二次燃烧对自力弹射方案内弹道的影响,建立了自力弹射可压缩流动仿真模型,结合有限速率化学反应模型与动网格技术,利用PISO(压力隐式算子分裂法)算法对控制方程进行数值求解。计算结果表明,二次燃烧使得初容室初始压力峰值时刻提前,并影响初始压力峰值大小。仿真分析结果为自力弹射内弹道设计提供了理论参考。

关键词：二次燃烧弹射内弹道自力弹射