鎂合金可燃內(nèi)襯對(duì)底排藥柱動(dòng)態(tài)形變及燃燒穩(wěn)定性的影響研究

牛公杰，錢(qián)建平，錢(qián)立新，武智慧，曹成壯，李定鵬

（1.中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所，四川綿陽(yáng)621000；2.南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南京210094；3.沈陽(yáng)東基工業(yè)集團(tuán)有限公司研發(fā)部，遼寧沈陽(yáng)110000）

鎂合金可燃內(nèi)襯對(duì)底排藥柱動(dòng)態(tài)形變及燃燒穩(wěn)定性的影響研究

牛公杰1，錢(qián)建平2，錢(qián)立新1，武智慧2，曹成壯3，李定鵬2

（1.中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所，四川綿陽(yáng)621000；2.南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南京210094；3.沈陽(yáng)東基工業(yè)集團(tuán)有限公司研發(fā)部，遼寧沈陽(yáng)110000）

為了解決復(fù)合底排藥劑在發(fā)射過(guò)程中出現(xiàn)的藥柱破碎、燃燒失穩(wěn)等問(wèn)題，提出了在底排藥柱內(nèi)腔直接加裝一種具有短暫性結(jié)構(gòu)保護(hù)和輔助燃燒作用的鎂合金可燃內(nèi)襯的防護(hù)、助燃措施。利用ABAQUS軟件建立了底排藥柱在極端工況條件下有、無(wú)可燃內(nèi)襯時(shí)的發(fā)射過(guò)程有限元仿真分析模型，并進(jìn)行了動(dòng)態(tài)射擊對(duì)比驗(yàn)證試驗(yàn)。仿真分析表明：可燃內(nèi)襯能夠有效防止底排藥柱過(guò)度變形。動(dòng)態(tài)射擊對(duì)比驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明：加裝可燃內(nèi)襯后，彈丸平均初速提高4.97 m/s；同時(shí)，底排藥柱點(diǎn)火燃燒的一致性和穩(wěn)定性均有所提高。

兵器科學(xué)與技術(shù)；底排增程技術(shù)；底排藥柱；動(dòng)態(tài)形變；結(jié)構(gòu)完整性；燃燒穩(wěn)定性；鎂合金可燃內(nèi)襯

0　引言

底排增程技術(shù)的原理是利用向低壓區(qū)添質(zhì)加能的方法，通過(guò)向彈底低壓區(qū)排入高溫燃?xì)猓岣叩讐簻p小底阻以達(dá)到增程的目的［1］。由于底排增程技術(shù)具有增程效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高彈丸射程，目前常用的方法是在復(fù)合增程技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高膛壓和彈丸初速。但膛壓和初速的提高，有時(shí)卻會(huì)使底排裝置在中間彈道過(guò)程發(fā)生燃燒失穩(wěn)現(xiàn)象，底排減阻效率下降，同時(shí)炮口處高降壓速率還會(huì)導(dǎo)致底排藥柱撕裂、破碎，最終導(dǎo)致彈丸的最大射程和地面密集度出現(xiàn)波動(dòng)較大的情況。

針對(duì)上述問(wèn)題，科研人員對(duì)底排藥柱點(diǎn)火機(jī)理、高降壓速率條件下底排裝置燃燒失穩(wěn)機(jī)理方面做了大量的基礎(chǔ)性研究工作［2-10］。底排藥柱的撕裂、破碎與其膛內(nèi)發(fā)射過(guò)程密不可分，雖然采用經(jīng)典力學(xué)強(qiáng)度理論來(lái)分析底排藥柱在發(fā)射過(guò)程中的強(qiáng)度問(wèn)題對(duì)底排藥柱的工程設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義［11］，但該方法并不能真實(shí)地反映底排藥柱在發(fā)射過(guò)程中的動(dòng)態(tài)形變過(guò)程，該方面工作需進(jìn)一步深入研究。

為了解決底排藥柱撕裂、破碎以及燃燒失穩(wěn)等問(wèn)題，本文從底排藥柱發(fā)射過(guò)程動(dòng)態(tài)形變的角度出發(fā)，利用ABAQUS軟件建立底排藥柱在極端工況條件下的發(fā)射過(guò)程有限元仿真分析模型，并根據(jù)底排藥柱在發(fā)射過(guò)程中的結(jié)構(gòu)形態(tài)變化特點(diǎn)，提出了在底排藥柱內(nèi)腔直接加裝一種具有短暫性結(jié)構(gòu)保護(hù)和輔助燃燒功能的鎂合金可燃內(nèi)襯的防護(hù)、助燃措施。分析了底排藥柱在有、無(wú)鎂合金可燃內(nèi)襯條件下的變形情況，最終通過(guò)動(dòng)態(tài)射擊對(duì)比驗(yàn)證試驗(yàn)驗(yàn)證了鎂合金可燃內(nèi)襯的實(shí)際防護(hù)、助燃效果。

1　極端工況分析

內(nèi)彈道過(guò)程中，發(fā)射裝藥燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)獬醮吸c(diǎn)燃底排藥柱與輔助點(diǎn)火藥層（目前國(guó)內(nèi)使用的復(fù)合型底排藥劑都是自帶點(diǎn)火藥層），同時(shí)，底排藥柱在火藥氣體壓力、軸向慣性力和離心慣性力的共同作用下發(fā)生變形。內(nèi)彈道過(guò)程中膛壓由環(huán)境壓力躍升至峰值（最大值可達(dá)380 MPa以上）時(shí)間僅為幾毫秒，使得底排藥柱處于高度的動(dòng)態(tài)壓縮狀態(tài)。底排藥柱內(nèi)腔表面在火藥氣體的沖刷侵蝕和火藥顆粒的撞擊作用下可能會(huì)產(chǎn)生不同程度的燒蝕溝痕創(chuàng)傷；同時(shí)，若底排藥柱在發(fā)射過(guò)程中發(fā)生過(guò)度變形，極可能導(dǎo)致底排藥柱發(fā)生撕裂、破碎。

中間彈道過(guò)程中，初始階段由于底排裝置內(nèi)部仍然充滿(mǎn)著高壓氣體（60～100 MPa），而外部環(huán)境壓力僅為0.1 MPa，底排裝置內(nèi)、外部的巨大壓強(qiáng)差使得中間彈道成為一個(gè)急劇的卸壓過(guò)程，原已被點(diǎn)燃的底排藥柱極有可能發(fā)生熄火—復(fù)燃現(xiàn)象，如圖1所示。底排裝置正常工作狀態(tài)如圖2所示。同時(shí)，高降壓速率還有可能加劇底排藥柱的撕裂、破碎，最終形成碎藥拋出，如圖3所示。

圖2　底排裝置工作正常狀態(tài)Fig.2 Normal working status of base bleed unit

圖3　底排碎藥Fig.3 Broken charge

2　有限元模型及計(jì)算結(jié)果

2.1底排藥劑材料模型

高氯酸銨/端羥基聚丁二烯（AP/HTPB）復(fù)合型底排藥劑是將AP粉末顆粒、HTPB、粘合劑、金屬添加劑、催化劑等物質(zhì)加熱，通過(guò)機(jī)械攪拌而成的一種顆粒夾雜的高分子彈性體。AP/HTPB復(fù)合底排藥劑的宏觀(guān)力學(xué)特性與橡膠等超彈性材料力學(xué)特性相似，其力學(xué)性能對(duì)應(yīng)變率、溫度變化較為敏感，本文將其近似看成為一種各向同性的超彈性材料。由于底排藥柱的工況條件較為惡劣，發(fā)射工況條件下的相關(guān)力學(xué)性能數(shù)據(jù)暫時(shí)未能獲取，故本文以某型橡膠的力學(xué)性能參數(shù)為基礎(chǔ)，近似假設(shè)底排藥柱發(fā)射過(guò)程中的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能如圖4所示［12］。考慮到藥柱高度受壓，分析時(shí)采用體積可壓縮的Wan Der Waals超彈性材料模型［12］。

圖4　底排藥劑力學(xué)性能Fig.4 Mechanical property of charge

2.2發(fā)射過(guò)程載荷

在發(fā)射過(guò)程中，底排藥柱所受膛壓可根據(jù)膛壓-時(shí)間歷程數(shù)據(jù)換算得到。以某型復(fù)合增程彈發(fā)射過(guò)程膛壓變化為例，考慮發(fā)射藥初期點(diǎn)火過(guò)程，膛壓在8.5 ms時(shí)達(dá)到最大值（約為375 MPa），炮口壓力約為60 MPa，并假設(shè)彈丸出炮口后，底排裝置在10 ms內(nèi)完成卸壓，膛壓曲線(xiàn)如圖5所示。

通過(guò)對(duì)底排裝置施加軸向加速度和旋轉(zhuǎn)角加速度來(lái)模擬底排藥柱所受的軸向慣性力和離心慣性力，軸向加速度a和角加速度γ分別為

圖5　膛壓曲線(xiàn)Fig.5 Curve of bore pressure

式中：S為彈丸橫截面積；pt為膛底壓力；φ1為次要功系數(shù)；m為彈丸質(zhì)量；ωp為發(fā)射藥質(zhì)量；η為火炮纏度；R為彈丸半徑。

2.3邊界、約束條件

底排藥柱外表面一般有1～2 mm厚的彈性體包覆層，建模時(shí)將其等效為復(fù)合底排藥劑，并將底排殼體簡(jiǎn)化為剛體，底排藥柱及底排裝置結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖如圖6、圖7所示。

圖6　底排藥柱Fig.6 Base bleed charge

圖7　底排裝置Fig.7 Base bleed unit

忽略藥柱與殼體壁面之間的摩擦作用，通過(guò)對(duì)藥柱施加運(yùn)動(dòng)耦合約束，盡可能使藥柱的邊界約束條件與真實(shí)情況相同。本文以最?lèi)毫拥墓r條件為例：上端面—受火藥氣體壓力作用，無(wú)位移約束；下端面—運(yùn)動(dòng)耦合約束，下端面與底排殼體沿軸向的位移保持一致；外圓柱面—運(yùn)動(dòng)耦合約束，外圓柱面與底排殼體內(nèi)壁沿周向的位移保持一致；其他面面之間均采用無(wú)摩擦自動(dòng)接觸算法。

2.4仿真計(jì)算結(jié)果

采用ABAQUS EXPLICIT顯示計(jì)算分析模塊求解，藥柱外徑100 mm，內(nèi)腔孔徑50 mm，藥柱高度90 mm，分瓣縫隙寬度3 mm.圖8為最大膛壓時(shí)刻藥柱的變形。

圖8　最大膛壓時(shí)刻藥柱的變形情況Fig.8 Deformation of charge at maximum bore pressure

最大膛壓時(shí)刻藥柱上端面處縫隙寬度有所增大，藥柱內(nèi)腔孔徑由上而下逐漸減小，藥柱內(nèi)腔表面與火箭噴管下端貼合現(xiàn)象嚴(yán)重，同時(shí)，相鄰分瓣面貼合現(xiàn)象也較為嚴(yán)重。藥柱在該種情況下的形態(tài)變化會(huì)對(duì)其結(jié)構(gòu)完整、燃燒一致性和穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響，因此，有必要進(jìn)一步采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

3　可燃內(nèi)襯對(duì)藥柱的形態(tài)變化影響

針對(duì)藥柱發(fā)射過(guò)程的變形特點(diǎn)，本文采取在藥柱內(nèi)腔直接加裝一種具有短暫性結(jié)構(gòu)保護(hù)和輔助燃燒功能的鎂合金可燃內(nèi)襯。

3.1鎂合金可燃內(nèi)襯

鎂合金的主要特點(diǎn)有：密度小，有利于降低附帶質(zhì)量；比強(qiáng)度高，彈性模量大，有利于強(qiáng)度要求；熔點(diǎn)、沸點(diǎn)低，易于燃燒，容積熱值高，有助燃作用，內(nèi)襯提供短暫性結(jié)構(gòu)保護(hù)功能后快速燃燒消失。

鎂合金可燃內(nèi)襯采用薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，壁身部分按交錯(cuò)排列方式開(kāi)設(shè)氣孔，以便火藥氣體通過(guò)流入點(diǎn)燃藥柱，同時(shí)也有利于內(nèi)襯的燃燒，發(fā)揮其輔助燃燒功能。內(nèi)襯通過(guò)底部與殼體定位，在接觸表面（圖9中1、2位置）處采用膠粘方式固定，以保證平時(shí)貯存和運(yùn)輸?shù)囊蟆?/p>

圖9　鎂合金可燃內(nèi)襯安裝示意圖Fig.9 Assembly structure of MCL

3.2仿真分析結(jié)果

假設(shè)除內(nèi)襯與底排殼體接觸的表面以外，內(nèi)襯其他表面均受火藥氣體壓力作用；實(shí)際情況下內(nèi)襯通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂與底排殼體粘結(jié)，為分析方便，假設(shè)內(nèi)襯與底排殼體之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)；由于可燃內(nèi)襯與火藥氣體和底排燃?xì)庵g的燃燒反應(yīng)極為復(fù)雜，描述比較困難，雖然火藥氣體溫度較高，但考慮到在發(fā)射過(guò)程僅為十幾毫秒，時(shí)間極短，在該時(shí)間內(nèi)可燃內(nèi)襯溫度變化并不大（僅表面溫度可能較高），為方面計(jì)算分析，暫且忽略溫度變化對(duì)內(nèi)襯材料力學(xué)性能的影響，同時(shí)忽略可燃內(nèi)襯燃燒對(duì)自身結(jié)構(gòu)尺寸變化的影響。內(nèi)襯采用彈塑性材料模型，材料密度1.8 g/cm3，彈性模量45 GPa，泊松比0.34，屈服極限270 MPa，壁厚1.5 mm，氣孔直徑3.5 mm，孔間距與孔徑之比1∶1.加裝可燃內(nèi)襯后的藥柱在最大膛壓時(shí)刻的變形情況如圖10所示。

圖10（a）中，內(nèi)襯內(nèi)壁在圖中標(biāo)示的1、2和3位置處與火箭噴管外壁發(fā)生接觸；4、5和6位置處與藥柱分瓣縫隙位置相對(duì)應(yīng)，結(jié)合圖10（b），內(nèi)襯中部在4、5和6位置處內(nèi)凹，并與火箭噴管下邊緣發(fā)生接觸，但內(nèi)襯內(nèi)壁并未與火箭噴管完全貼合，有利于火藥氣體進(jìn)入點(diǎn)燃藥柱。

雖然最大膛壓時(shí)刻內(nèi)襯變形較為嚴(yán)重，但在7 ms時(shí)，內(nèi)襯仍可保持較好的結(jié)構(gòu)形態(tài)，如圖11所示。

圖10　加裝可燃內(nèi)襯后在8.6 ms時(shí)（最大膛壓時(shí)刻）的變形Fig.10 Deformation of charge with MCL at 8.6 ms

若當(dāng)藥柱上端面無(wú)火藥氣體壓力作用時(shí)，內(nèi)襯在最大膛壓時(shí)刻并不會(huì)發(fā)生塑性變形。

藥柱內(nèi)腔表面的A（位于上端面）、B、C 3點(diǎn)（圖12所示）在有、無(wú)內(nèi)襯時(shí)卸壓過(guò)程中的徑向應(yīng)力σAr、σBr和σCr的變化見(jiàn)圖13.

圖13中，無(wú)可燃內(nèi)襯時(shí)，A、B、C 3點(diǎn)的徑向應(yīng)力在卸壓過(guò)程中均出現(xiàn)劇烈的正、負(fù)振蕩現(xiàn)象，分析其原因是由于藥柱內(nèi)腔無(wú)可燃內(nèi)襯約束而變形過(guò)大，卸壓過(guò)程中稀疏波沿藥柱內(nèi)腔表面?zhèn)魅耄瑢?dǎo)致藥柱內(nèi)腔表面出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，藥柱極可能發(fā)生撕裂、破碎。而加裝可燃內(nèi)襯后，由于藥柱內(nèi)腔表面受可燃內(nèi)襯的約束作用，卸壓過(guò)程中稀疏波沿藥柱內(nèi)腔表面?zhèn)魅霑r(shí)并不會(huì)造成藥柱內(nèi)腔表面出現(xiàn)劇烈的振蕩現(xiàn)象，其中σAr的振蕩現(xiàn)象基本消失，σBr和σCr的振蕩現(xiàn)象明顯減弱，藥柱徑向應(yīng)力變化改善明顯，可有效防止藥柱在卸壓過(guò)程中撕裂、破碎。

針對(duì)不同的底排裝置，可根據(jù)其具體的工況條件，通過(guò)優(yōu)化內(nèi)襯壁厚和高度來(lái)提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載抗壓能力。

圖11　加裝內(nèi)襯后藥柱在7 ms時(shí)的變形Fig.11 Deformation of charge with MCL at 7 ms

圖12　A點(diǎn)、B點(diǎn)和C點(diǎn)位置Fig.12 Positions of Points A，B and C

4　動(dòng)態(tài)射擊對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1試驗(yàn)方案

采用牌號(hào)為AZ31B的鎂合金板材加工內(nèi)襯，內(nèi)襯壁厚1.5 mm，內(nèi)襯與殼體之間采用環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)，加裝可燃內(nèi)襯后的底排裝置見(jiàn)圖14.

試驗(yàn)分為兩組：第1組試驗(yàn)彈加裝可燃內(nèi)襯，數(shù)量4發(fā)；第2組試驗(yàn)彈無(wú)可燃內(nèi)襯，數(shù)量9發(fā)。

兩組彈丸的發(fā)射裝藥質(zhì)量相同，彈丸裝配完成后保溫48 h，溫度為15℃.彈丸射角51.5°，連續(xù)射擊方式。使用DR582雷達(dá)跟蹤測(cè)量彈丸速度，同時(shí)對(duì)炮口區(qū)域進(jìn)行高速攝影同步監(jiān)控。

圖13　A點(diǎn)、B點(diǎn)和C點(diǎn)的徑向應(yīng)力變化Fig.13 Radial stresses at Points A，B and C

圖14　加裝可燃內(nèi)襯后的底排裝置Fig.14 Base bleed unit with MCL

4.2試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)雷達(dá)測(cè)量數(shù)據(jù)利用雷達(dá)系統(tǒng)軟件反推得到彈丸炮口初速，對(duì)比試驗(yàn)中彈丸初速見(jiàn)表1，0.35 s內(nèi)的v-t曲線(xiàn)見(jiàn)圖15.

第1組中彈丸速度跳動(dòng)為3.3 m/s，平均初速為936.63 m/s；第2組中彈丸速度跳動(dòng)為5.0 m/s，平均初速為931.66 m/s.從中可以看出，加裝可燃內(nèi)襯后反推得到的彈丸平均初速增大4.97 m/s，相對(duì)增加0.53%.

表1　彈丸初速Tab.1 Initial velocities of projectiles

圖15　彈丸v-t曲線(xiàn)Fig.15 v-t curves of projectiles

圖15中，第1組中4發(fā)彈丸的v-t曲線(xiàn)均較為平滑，下降趨勢(shì)穩(wěn)定一致；第2組中9發(fā)彈丸的v-t曲線(xiàn)在0.3 s前出現(xiàn)明顯波動(dòng)。結(jié)合表1和圖15，由此可見(jiàn)，加裝可燃內(nèi)襯后，底排增程效果穩(wěn)健性和效率增益性均有所提高。

圖16為第1組彈丸炮口區(qū)域運(yùn)動(dòng)圖像，高速攝影幀率為1000幀/s，圖中圖像為以炮口位置開(kāi)始的第1、3、5幀，即相鄰圖像時(shí)間間隔為2 ms.

加裝可燃內(nèi)襯后，彈丸在炮口區(qū)域的底排燃?xì)馕惭婷髁粒惭媪炼燃靶螤罨疽恢拢瑥椡栉膊康着湃細(xì)饬鲌?chǎng)無(wú)濃黑煙團(tuán)，底排藥柱無(wú)熄滅-復(fù)燃現(xiàn)象發(fā)生，藥柱點(diǎn)火燃燒一致性和穩(wěn)定性非常好。

對(duì)于無(wú)可燃內(nèi)襯的第2組試驗(yàn)彈，底排燃?xì)馕惭媪炼让黠@下降，尾焰形狀差別較大，且彈丸尾部底排燃?xì)饬鲌?chǎng)出現(xiàn)明顯的濃黑煙團(tuán)，尤其是第5發(fā)和第9發(fā)，藥柱并未正常點(diǎn)火燃燒，藥柱的點(diǎn)火燃燒穩(wěn)定性和一致性較差，如圖17所示，相鄰圖像時(shí)間間隔為2 ms.

圖16　加裝可燃內(nèi)襯后的彈丸炮口區(qū)域運(yùn)動(dòng)圖像Fig.16 Photos of projectiles with MCL in muzzle zone

圖17　無(wú)可燃內(nèi)襯的彈丸炮口區(qū)域運(yùn)動(dòng)圖像Fig.17 Photos of projectiles without MCL in muzzle zone

通過(guò)對(duì)上述試驗(yàn)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)的分析，說(shuō)明可燃內(nèi)襯在使彈丸初速獲得增益的同時(shí)也提高了藥柱的點(diǎn)火燃燒一致性和穩(wěn)定性。

5　結(jié)論

針對(duì)底排藥柱破碎、燃燒失穩(wěn)等問(wèn)題，本文提出了在底排藥柱內(nèi)腔直接加裝鎂合金可燃內(nèi)襯的防護(hù)、助燃措施，利用ABAQUS軟件建立藥柱在極端工況條件下有、無(wú)可燃內(nèi)襯時(shí)的發(fā)射過(guò)程有限元模型進(jìn)行仿真分析，并進(jìn)行了動(dòng)態(tài)射擊對(duì)比驗(yàn)證試驗(yàn)，得到如下結(jié)論：

1）仿真分析結(jié)果表明：可燃內(nèi)襯可有效防止藥柱過(guò)度變形；同時(shí)，受可燃內(nèi)襯約束作用，卸壓過(guò)程中由稀疏波沿藥柱內(nèi)腔表面?zhèn)魅攵鸬膹较驊?yīng)力振蕩現(xiàn)象基本消失或振蕩幅度明顯減小，可有效防止底排藥柱撕裂、破碎。

2）動(dòng)態(tài)射擊對(duì)比驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明：加裝可燃內(nèi)襯后的所有彈丸在炮口區(qū)域v-t曲線(xiàn)的光滑平穩(wěn)程度和多發(fā)一致性較好，且彈丸平均初速增益達(dá)4.97 m/s.加裝可燃內(nèi)襯后的底排燃?xì)馕惭娑挤浅Ｃ髁燎逦着潘幹c(diǎn)火燃燒完全正常，底排藥柱的燃燒一致性和穩(wěn)定性均有所提高。

3）底排藥柱內(nèi)腔直接加裝鎂合金可燃內(nèi)襯是一種簡(jiǎn)單、實(shí)用的防護(hù)、助燃措施。同時(shí)，為了更加準(zhǔn)確地描述底排藥柱在發(fā)射過(guò)程中的形態(tài)變化，需開(kāi)展底排藥柱在高應(yīng)變率以及不同溫度條件下的力學(xué)性能研究工作，該方面的研究工作也是后續(xù)基金項(xiàng)目的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

（

）

［1］郭錫福.底部排氣彈外彈道學(xué)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1995. GUO Xi-fu.Exterior ballistics of base bleed projectile［M］.Beijing：National Defense Industry Press，1995.（in Chinese）

［2］陸春義，周彥煌，余永剛，等.底排裝置低頻振蕩燃燒和永久熄滅［J］.南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，33（1）：112-116. LU Chun-yi，ZHOU Yan-huang，YU Yong-gang，et al.Low frequency oscillation combustion and extinguishment of base bleed unit［J］.Journal of Nanjing University of Science and Technology：Natural Science，2009，33（1）：112-116.（in Chinese）

［3］陸春義，周彥煌，余永剛，等.底排裝置在壓力躍變條件下的燃燒控制［J］.彈道學(xué)報(bào)，2007，19（1）：37-40. LU Chun-yi，ZHOU Yan-huang，YU Yong-gang，et al.Combustion control of base bleed unit at pressure transition［J］.Journal of Ballistics，2007，19（1）：37-40.（in Chinese）

［4］陸春義，周彥煌，余永剛，等.高降壓速率下復(fù)合底排藥劑瞬變?nèi)紵匦匝芯浚跩］.含能材料，2007，15（6）：587-591. LU Chun-yi，ZHOU Yan-huang，YU Yong-gang，et al.Combustion of composite base bleed charge under rapid depressurization［J］.Chinese Journal of Energetic Materials，2007，15（6）：587-591.（in Chinese）

［5］張領(lǐng)科，周彥煌，余永剛.底排裝置工作不一致性對(duì)射程散布影響的研究［J］.兵工學(xué)報(bào)，2010，31（4）：442-446. ZHANG Ling-ke，ZHOU Yan-huang，YU Yong-gang.Research on range dispersion of base bleed projectile caused by inconsistent working characteristics of base bleed unit［J］.Acta Armamentarii，2010，31（4）：442-446.（in Chinese）

［6］Merrill W B，Karthik P.Modeling of combustion and ignition of solid-propellant ingredients［J］.Progress in Energy and Combustion Science，2007，33（6）：497-551.

［7］張領(lǐng)科，周彥煌，趙威，等.膛內(nèi)高溫燃?xì)鈱?duì)底排藥劑點(diǎn)火過(guò)程影響的數(shù)值分析［J］.南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，34（6）：770-774. ZHANG Ling-ke，ZHOU Yan-huang，ZHAO Wei，et al.Numerical analysis on effect of high temperature gas in bore on ignition process of base bleed propellant［J］.Journal of Nanjing University of Science and Technology：Natural Science，2010，34（6）：770-774.（in Chinese）

［8］陸春義.底排裝置強(qiáng)非穩(wěn)態(tài)燃燒特性研究［D］.南京：南京理工大學(xué)，2009. LU Chun-yi.Study on characteristics of unstable combustion of base bleed unit［D］.Nanjing：Nanjing University of Science and Technology，2009.（in Chinese）

［9］郝建春.快速?lài)娧鎸?duì)復(fù)合藥型底排劑點(diǎn)火機(jī)理的研究［J］.彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2000，20（3）：20-23. HAO Jian-chun.Theignition mechanism of composite base-bleeding agent by spurting flame ignitor［J］.Journal of Projectiles，Rockets，Missiles and Guidance，2000，20（3）：20-23.（in Chinese）

［10］張領(lǐng)科，余永剛，李志鋒，等.高壓工況下底排推進(jìn)劑燃速的反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型［J］.高壓物理學(xué)報(bào)，2012，26（2）：216-220. ZHANG Ling-ke，YU Yong-gang，LI Zhi-feng，et al.Back propagation neural networks of base bleed propellant burning rate under high pressure condition［J］.Chinese Journal of High Pressure Physics，2012，26（2）：216-220.（in Chinese）

［11］張洪林.底排藥在彈丸發(fā)射過(guò)程中的強(qiáng)度研究［J］.火炸藥學(xué)報(bào)，2008，31（5）：79-83. ZHANG Hong-lin.Study of strength of base bleed charge in projectile shot［J］.Chinese Journal of Explosives&Propellants，2008，31（5）：79-83.（in Chinese）

［12］卜繼玲，黃友劍.軌道車(chē)輛橡膠彈性元件設(shè)計(jì)計(jì)算方法［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2010. BO Ji-ling，HUANG You-jian.Calculation and design methods of rubber component used in railway vehicles［M］.Beijing：China Railway Publishing House，2010.（in Chinese）

Research on the Influence of Magnesium Combustible Liner on Dynamic Deformation and Combustion Stability of Composite Base Bleed Propellant Grain

NIU Gong-jie1，QIAN Jian-ping2，QIAN Li-xin1，WU Zhi-hui2，CAO Cheng-zhuang3，LI Ding-peng2
（1.Institute of Systems Engineering，China Academy of Engineering Physics，Mianyang 621000，Sichuan，China；2.School of Mechanical Engineering，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094，Jiangsu，China；3.Research and Development Department，Shenyang Dongji Industry Group Co.，Ltd，Shenyang 110000，Liaoning，China）

To solve the problems of that composite base bleed propellant grain（CBBPG）is crushed and unstably combusts during launching，a protection strategy is proposed by directly installing a magnesium combustible liner（MCL）with temporary strength protection and auxiliary combustion in the inner hole of CBBPG.The FEM analysis model of CBBPG's launching process in extreme working conditions is established by using ABAQUS，and the dynamic shooting contrast verification test is done.The simulation results show that MCL can effectively prevent CBBPG from excessively deforming during launching.At the same time，the test results show that the average velocity of the projectiles with MCL is increased by 4.97 m/s，and the combustion consistency and combustion stability of CBBPG are both improved.

ordnance science and technology；extended range technique with base bleed；base bleed propellant grain；dynamic deformation；structure integrity；combustion stability；magnesium combustible liner

TJ413.5

A

1000-1093（2015）02-0234-08

10.3969/j.issn.1000-1093.2015.02.007

2014-02-18

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（11402248）

牛公杰（1983—），男，工程師。E-mail：everforever9199@hotmail.com