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主要符号表1

引言3

第1章 自动武器工作过程中的热力学基础5

1.1 基本概念5

1.1.1 热力系5

1.1.2 状态与状态参数6

1.1.3 平衡状态7

1.1.4 状态方程8

1.1.5 过程8

1.1.6 功和热量8

1.2 热力学第一定律8

1.2.1 热力学第一定律的表达式8

1.2.2 闭口系的能量方程9

1.2.3 开口系的能量方程10

1.2.4 功和热量的计算10

1.3 气体的热力性质11

1.3.1 理想气体的状态和摩尔气体常数11

1.3.2 理想混合气体12

1.3.3 气体的热力性质13

1.4 热力学第二定律17

1.4.1 可逆过程和不可逆过程17

1.4.2 热力学第二定律的叙述17

1.4.3 卡诺定理和热力学第二定律的数量公式17

1.5 熵18

1.5.1 热力学第二定律数量公式的推广19

1.5.2 熵19

1.5.3 熵的增加原理——熵方程20

1.5.4 熵的计算22

1.6 典型热力过程及多变过程22

1.6.1 定容过程22

1.6.2 定压过程23

1.6.3 定温过程24

1.6.4 熵过程24

1.6.5 多变过程25

第2章 一维流动的基本方程与气动函数27

2.1 基本概念27

2.1.1 连续介质的概念27

2.1.2 气体的基本性质28

2.1.3 作用在流体上的力30

2.1.4 研究流体运动的两种方法32

2.1.5 流体运动的分类33

2.1.6 迹线、流线与流管34

2.2 一维流动基本方程35

2.2.1 引言35

2.2.2 系统和控制体35

2.2.3 连续方程36

2.2.4 动量方程37

2.2.5 能量方程39

2.2.6 一维流动基本方程组43

2.2.7 气流的滞止状态和滞止参数46

2.3 管道截面变化对气流参数的影响48

2.3.1 声速的物理概念48

2.3.2 气流截面变化对气流速度和压力变化的影响53

2.4 气体动力学函数及其应用55

2.4.1 气动函数的表示55

2.4.2 流量函数56

2.4.3 冲量函数59

2.5 气流流动时气流参数的确定61

2.5.1 等熵情况下气流参数的确定61

2.5.2 非等熵情况下气流参数的确定63

第3章 膨胀波与激波66

3.1 弱扰动在气流中的传播66

3.2 膨胀波的形成及其特点68

3.3 膨胀波的普朗特-迈耶流动71

3.4 等熵压缩波74

3.5 激波的形成及其性质75

3.5.1 激波的形成75

3.5.2 激波的性质77

3.6 正激波81

3.6.1 基本模型及控制方程81

3.6.2 普朗特关系式83

3.6.3 波前后气流参数的动算关系式83

3.6.4 朗金—雨贡纽关系式85

3.6.5 总压损失的运算关系式86

3.7 斜激波前后的参数关系87

3.7.1 基本方程式87

3.7.2 计算公式88

3.8 经过斜激波的气流折转角及激波曲线94

第4章 一维定常变截面管道流动96

4.1 气体在收敛管道内的流动96

4.1.1 收敛管道内气体流动的特点96

4.1.2 收敛管道内气流参数的确定97

4.1.3 收敛管道内任意截面处气流参数的确定97

4.2 拉瓦尔喷管100

4.2.1 等熵流动中的面积比公式101

4.2.2 压强比对拉瓦尔喷管中流动的影响102

4.3 超声速气流通过收敛—扩张管道的流动106

4.3.1 超声速气流通过收敛—扩张管道流动的一般情况106

4.3.2 管道内气流参数的确定106

4.3.3 管道内多喉道时气体的流动107

4.4 超声速气流在平滑膨胀管道中的流动107

4.5 超声速气流在突然膨胀管道中的流动111

4.5.1 死区内气流参数的确定112

4.5.2 膨胀终了时气流参数的确定112

4.6 气体经活塞间隙的流动115

4.7 气体经迷宫密封的流量117

第5章 变质量系统热力过程119

5.1 变质量热力系状态方程及热力性质119

5.2 变质量热力系质量守恒方程119

5.3 变质量热力系热力学第一定律表达式120

5.4 变质量热力系能量方程在武器上应用122

5.4.1 用于密闭爆发器的情况122

5.4.2 用于内弹道情况123

5.4.3 用于后效期内的气体流动情况124

5.4.4 用于武器导气装置中的气体流动情况124

5.5 气体经小孔从有限容积中流出的状态变化过程124

第6章 自动武器后效期气体动力学理论与计算方法127

6.1 概述127

6.1.1 后效期的概念及研究意义127

6.1.2 后效期膛内气体的流动特点及基本假设127

6.2 后效期内膛内气流参数的变化规律131

6.2.1 膛内气流参数沿膛轴的变化规律131

6.2.2 膛内气流平均参数随时间的变化规律132

6.2.3 后效期延续时间133

6.3 自由后坐运动诸元的确定133

6.3.1 内弹道时期自由后坐运动诸元的确定133

6.3.2 后效期内自由后坐运动诸元的确定134

6.4 后效期的经验公式135

6.4.1 后效系数β135

6.4.2 后效系数β的确定136

6.4.3 后效期内计算后坐运动诸元的经验公式136

6.5 用一维非定常关系式求解武器后效期内的气流问题137

6.5.1 后效期膛内气体流动基本方程137

6.5.2 特征线法求解后效期内膛内气流参数139

6.5.3 后效期计算在武器气流问题求解中的应用140

6.6 过程指数的确定142

6.6.1 绝热指数γ的确定142

6.6.2 多变过程指数n的确定143

6.6.3 影响多变过程指数n的主要因素144

第7章 膛口流场145

7.1 膛口流场的形成与特性145

7.1.1 初始流场的形成145

7.1.2 火药气体主流场146

7.1.3 带膛口装置的流场149

7.2 膛口激波150

7.2.1 膛口激波的形成150

7.2.2 膛口激波的特性152

7.2.3 膛口激波的压力分布及影响因素154

7.2.4 膛口噪声场的分布特点156

7.3 膛口流场中弹头运动的近似计算156

第8章 自动武器膛口制退器理论与计算方法160

8.1 概述160

8.2 膛口制退器的工作原理161

8.3 膛口制退器的效率162

8.4 身管式膛口制退器计算163

8.4.1 制退器膛轴上的压力降164

8.4.2 制退器各边孔道气流参数的确定164

8.4.3 制退器中央弹孔出口处气流参数的确定166

8.4.4 武器膛口安装身管制退器后的后坐力计算式167

8.4.5 影响身管式制退器效率的因素167

8.5 半开腔式膛口制退器计算168

8.5.1 半开腔式单腔膛口制退器计算168

8.5.2 半开腔式多腔膛口制退器计算170

8.6 开腔式膛口制退器计算174

8.6.1 冲击式计算法175

8.6.2 范斯勒计算法176

8.7 自动武器膛口助退器及防跳器180

8.7.1 膛口助退器的计算180

8.7.2 膛口防跳器计算181

8.8 膛口装置气流流场数值计算181

8.8.1 膛口装置气体流动基本方程181

8.8.2 膛口气流流场网格生成184

8.8.3 初始、边界条件185

8.8.4 膛口装置数值求解方法185

8.9 含膛口制退装置转管机枪系统动力学建模187

8.9.1 引言187

8.9.2 高效能膛口制退器气体动力学模型187

8.9.3 膛口制退器效能参数化分析190

8.9.4 高效能膛口制退器对机枪发射特性影响分析191

8.9.5 小结196

第9章 自动武器膛口消焰器的基本原理198

9.1 武器射击时产生火焰的原因198

9.2 膛口消焰器的降温计算200

9.2.1 圆锥形消焰器计算200

9.2.2 圆柱形消焰器计算201

9.3 有消焰器时武器后坐力的变化规律202

9.4 消焰器内弹头速度的增量202

9.5 消焰器对武器射击精度的影响204

9.6 膛口火焰计算机检测与图像处理技术204

第10章 膛口消声器的基本原理209

10.1 有关声学知识的介绍209

10.2 武器射击时产生声音的因素分析213

10.3 消除膛口气流外射所产生声音的技术途径215

10.3.1 消除或减弱膛口噪声的基本途径215

10.3.2 利用机械装置降低膛口气流对外界的冲击215

10.3.3 利用声学原理降低膛口喷出气流所产生声音的外传219

10.3.4 利用其他声学原理达到减弱噪声对人们的影响220

10.4 噪声的测量221

10.4.1 测量项目221

10.4.2 测量仪器221

10.4.3 噪声测量方法223

10.5 武器噪声的测试及其频谱分析223

10.5.1 枪炮脉冲噪声的主要特性223

10.5.2 微机在武器噪声测试中的应用224

第11章 多功能膛口装置及其优化设计228

11.1 多功能膛口装置工作原理228

11.1.1 问题的提出228

11.1.2 多功能膛口装置的定义229

11.1.3 研究多功能膛口装置的意义229

11.2 多功能膛口装置关键技术230

11.2.1 多功能膛口装置的矛盾关系230

11.2.2 同一装置具有多种功能的理论分析231

11.2.3 多功能膛口装置的分类232

11.3 多功能膛口装置正交实验方法233

11.3.1 多功能膛口抑制技术233

11.3.2 正交实验优化方法234

11.4 新型N元n次正交多项式优化设计236

11.4.1 N维空间正交多项式的构造236

11.4.2 多功能膛口装置优化设计算法步骤237

11.4.3 研究结果及讨论239

第12章 导气装置与气体复进装置241

12.1 概述241

12.1.1 导气装置的种类及工作特点241

12.1.2 自身管侧孔流入导气装置的流动规律244

12.2 导气孔流量和膛内气流参数的确定245

12.2.1 导气孔处膛内气流参数的确定245

12.2.2 导气孔流量的确定246

12.3 导气装置内气流参数计算方法247

12.3.1 基本假设247

12.3.2 基本方程组推导247

12.3.3 数值计算250

12.4 截流膨胀型导气装置的运动计算方法255

12.5 气体复进装置计算方法256

12.5.1 概述256

12.5.2 基本方程256

第13章 导气管式导气装置的流场特点及计算方法258

13.1 变强度运动激波及其对气室压力、自动机运动的影响258

13.1.1 运动激波的测试结果258

13.1.2 运动激波对气室压力、自动机运动的影响260

13.2 导气管式导气装置的流场特点及计算方法261

13.2.1 非定常超声速流时期261

13.2.2 运动激波产生、传播时期262

13.2.3 膨胀波压力扯平时期263

13.3 导气管式导气装置的准一维非定常流数学模型264

13.3.1 基本假设264

13.3.2 基本方程265

13.3.3 算子分裂265

13.3.4 差分格式与数值计算267

13.4 导气管式导气装置的二维轴对称气体运动模型273

第14章 内能源转管武器气动力装置276

14.1 转管武器首发启动装置276

14.1.1 转管武器首发启动装置工作原理276

14.1.2 转管武器首发启动过程计算方法277

14.1.3 实例计算279

14.2 转管武器喷管气流反推驱动器280

14.2.1 转管武器喷管气流反推驱动器的工作原理280

14.2.2 转管武器喷管气流反推驱动系统数学模型281

14.2.3 实例计算285

14.3 转管武器旋转活塞驱动器286

14.3.1 引言286

14.3.2 转管武器旋转活塞驱动器的工作原理286

14.3.3 转管武器旋转活塞驱动器系统数学模型287

14.3.4 转管武器旋转活塞驱动性能分析289

14.3.5 转管武器旋转活塞驱动器结构参数的影响分析289

14.3.6 转管武器旋转活塞驱动器的特点292

第15章 身管武器新型稀疏波减后坐理论293

15.1 喷孔前置式稀疏波减后坐机理294

15.1.1 引言294

15.1.2 喷孔前置式稀疏波武器概念的提出294

15.1.3 喷孔前置式稀疏波武器发射过程一维均相流内弹道模型294

15.1.4 喷孔前置式稀疏波武器发射过程一维两相流内弹道模型296

15.1.5 均相流模型数值计算结果及分析300

15.1.6 两相流模型数值计算结果及分析304

15.1.7 喷孔前置式稀疏波武器总结311

15.2 喷管后置式稀疏波武器减后坐机理312

15.2.1 引言312

15.2.2 喷管后置式稀疏波低后坐武器的特点312

15.2.3 喷管后置式稀疏波低后坐武器两相流内弹道模型312

15.2.4 内弹道两相流力学模型的计算方法315

15.2.5 发射过程数值模拟结果及分析316

15.2.6 有无喷管减后坐结构关键参数对比321

15.2.7 喷管后置式稀疏波低后坐武器发射性能的影响因素322

15.2.8 喷管后置式稀疏波低后坐武器总结324

15.3 无人操控车载转管机枪喷管气流减后坐机理324

15.3.1 引言324

15.3.2 喷管气流反推减后坐方案的物理模型324

15.3.3 喷管气流减后坐方案的数学模型325

15.3.4 喷管减后坐方案对车载武器系统射击性能的影响分析328

15.3.5 本节小结329

第16章 身管武器气动力同步振动控制理论331

16.1 身管武器气动力同步振动控制的基本原理331

16.2 身管武器同步气动力振动控制方法332

16.3 大口径机枪气动力同步振动控制333

16.3.1 喷管设计333

16.3.2 机枪系统动力学响应334

16.3.3 射击精度计算338

16.3.4 小结340

16.4 转管武器气动力同步振动控制340

16.4.1 转管机枪系统振动特性分析340

16.4.2 力偶式稳定装置方案与建模341

16.4.3 气体动力学建模与计算342

16.4.4 动力学仿真结果346

16.4.5 转管武器气动力同步振动控制的相关结论350

第17章 自动武器动力学与气动力问题耦合求解方法351

17.1 导气与枪管浮动混合式自动机动力学特性研究351

17.1.1 引言351

17.1.2 导气装置计算模型352

17.1.3 模型验证及仿真结果分析355

17.1.4 导气参数对自动机特性影响分析358

17.1.5 小结361

17.2 转管机枪在三脚架上的射击密集度仿真分析361

17.2.1 工作原理与拓扑结构361

17.2.2 刚柔耦合虚拟样机建模362

17.2.3 动力学数值仿真和结果分析365

17.2.4 小结367

17.3 含膛口助旋制退器转管机枪系统动力学建模367

17.3.1 引言367

17.3.2 膛口助旋制退器原理368

17.3.3 膛口助旋制退器气体动力学建模370

17.3.4 膛口助旋制退效能计算374

17.3.5 助旋效能对射频影响377

17.3.6 含膛口助旋制退器的转管机枪系统动力学分析380

17.3.7 小结384

17.4 某车载转管机枪刚柔耦合发射动力学分析385

17.4.1 模型的建立385

17.4.2 模型仿真分析388

17.4.3 小结390

参考文献392