马天一，陶如意，森思义，王浩www.energetic-materials.org.cn含能材料ChineseJournalofEnergeticMaterials，Vol.31,No.1,2023（70-82）单模块装药膛内流场特性试验及数值仿真马天一，陶如意，森思义，王浩（南京理工大学能源与动力工程学院，江苏南京210094）摘要：模块装药是目前大口径加榴炮主要的装药结构之一。为了更加精确地研究单模块装药膛内燃烧的内弹道特性，分析膛内燃气流动及压力波变化规律，设计了模块装药燃烧模拟试验平台，并进行了单模块装药的膛内燃烧试验。根据模块装药的特点，分区域建立了模块装药轴对称二维两相流内弹道模型。基于高阶精度MUSCL（MonotonicUpstreamcenteredSchemeforConservationLaws）格式，数值模拟了单模块装药药室内部点传火过程。结果表明，计算结果与试验结果吻合较好，不同测试点的压力曲线的计算峰值误差均低于4%，表明所建立数学模型和使用的计算方法能够较好地描述单模块装药药室内部燃烧过程。结果还发现，在t=5.0ms前，由于模块未破裂，药盒端盖的阻隔导致主装药燃气无法及时向药室扩散，仅传火管燃气对膛内流场造成微弱的影响，这一时期药室内部压力最大值比传火管右端未破膜前仅上升约4.3%；当模块破裂后，模块与药室边界处存在3.05MPa的压力梯度，使得火药燃气及固相颗粒沿轴向快速向药室自由空间流动，在弹丸底部区域形成较强反射压力波；随着时间的推移，压力波反复震荡，并逐渐减弱。关键词：模块装药；数值模拟；两相流；内弹道；MUSCL格式中图分类号：TJ012.1；O359文献标志码：ADOI：10.11943/CJEM20221980引言为提高大口径加榴炮发射速率，实现火炮自动装填，具有可燃和较强结构强度特点的刚性模块装药结构应运而生。模块装药结构是将火药装载在一个个单独的可燃容器中，再装上独立的传火管，形成一个完整的模块药盒［1］。在火炮发射时，只需要根据发射的战术技术指标需求选择相应装药量、相应数量的模块药盒即可。模块装药作为一种不同于布袋式装药的装药结构，会对包括点传火性能、压力波传递在内的诸多火炮发射内弹道性能有较大影响。特别是在单一模块装药中，较长的药室自由空间，对燃气流动及膛内压力波的产生和发展均有很大的影响。近年来，对于模块装药的研究受到了广泛的关注。其中，在热安全性方面，刘静等［1-3］对不同升温速率下模块药盒的烤燃特性进行了数值分析，发现模块药盒烤燃响应时间与升温速率呈指数关系，但升温速率对烤燃响应温度影响较小；钱环宇等［4-6］...
