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管 状 发 射 药 内 孔 侵 蚀 燃 烧 与 流 动 特 性
4.2 计算结果分析 示没有侵蚀燃烧的作用；ε≥1 的转折点为侵蚀燃烧临界
［9］
建立管状发射药密闭爆发器模型并进行数值计 点，ε 越大侵蚀燃烧作用越明显 。端面侵蚀燃烧系数
out
d
算，可以得到管内外压力、管内气体速度及侵蚀燃烧系 ε 和管外气相区域压力 p 与已燃百分比的关系如图
数随燃烧过程的变化情况，管内外压力差 Δp 和端面气 6。由图 6 可见，初始状态压力为点火压力 p=10 MPa，
体最大速度 v 与已燃百分比 ψ 关系如图 3 所示。由图 3 管外区域的压力与已燃百分比近似呈线性增加； ψ =
d
可以看出，在燃烧初期，ψ<0.016 时，管内外压力差和气
0.016 时，侵蚀燃烧系数 ε = 1.98 即火药的燃烧速度是
体速度急剧增加，这主要是在火药所有表面同时着火
基础燃烧速度的 1.98 倍；随着燃烧的进行，侵蚀燃烧系
的假设下，内孔燃烧释放的火药气体不能及时通过端
数减小，侵蚀燃烧减弱；当 ψ = 0.90 时，端面最大侵蚀燃
面孔流出而导致这一反常现象。当 ψ≥0.016 时，管内
烧系数减小到 1 即没有侵蚀燃烧作用。
燃烧释放和通过端面流出的气体的速度达到动态平衡
-1
d
状 态 ；当 ψ=0.016 时 Δp=1.23 MPa、v =456.8 m·s ，
随着燃烧进行，管内外的压力差增加，端面的气体速度
-1
d
减小，到 ψ=0.80 时 Δp=2.00 MPa、v =200.0 m·s 。

图 5 不同已燃百分比轴线上气体速度分布
Fig. 5 The gas velocity distribution on axis at different the
burned percentage

图 3 端面气体最大速度 v ⁃ψ 和管内外压差 Δp⁃ψ 关系
d
Fig.3 The relationship of the maximum gas velocity on the
end face v and pressure difference inside and outside the
d
tube Δp vs. the burned percentage ψ

对管内二维轴对称的气体区域进行计算可得，在
ψ = 0.05 时，管内气体压力和速度分布见图 4。从图 4

可见，沿轴向方向，从管状药中间对称面到端面，气体
压力逐渐减小、速度逐渐增加；压力最大点在中间对称
面，速度的最大点在端面轴线处。
图 6 端面侵蚀燃烧系数和管外气相区域压力与已燃百分比关系
Fig.6 The relationship of the end face erosive burning coeffi⁃
cient ε and gas phase region pressure outside the tube p out vs.
the burned percentage ψ

不同的已燃百分比管内侵蚀燃烧系数沿轴向的分
图 4 ψ = 0.05 时管内气体速度和压力分布图 布如图 7。由图 7 可见， ψ = 0.10 时，侵蚀燃烧临界点
Fig.4 Internal perforation gas velocity and pressure distribu⁃ 在 l=8mm 处， l ≤ 8mm 区域内 ε = 1，侵蚀燃烧没有发
tion when ψ = 0.05
生；当 l > 8mm 时，ε > 1，且越靠近端面侵蚀燃烧系数
越大，侵蚀燃烧作用越明显。在 0.10 ≤ ψ ≤ 0.70 范围
不同已燃百分比下管内轴线上气体速度分布如
图 5。图 5 可见，气体速度从中间对称面到两端出口端 内，侵蚀燃烧临界点从 8 mm 处逐渐向端面方向移至
面几乎呈线性增加，且在端面处达到最大速度值，气体 22 mm 位置，侵蚀燃烧影响的面积减小 50%；端面最
速度随着已燃百分比增加而减小。 大侵蚀燃烧系数从 1.63 减小至 1.05。侵蚀燃烧面积
侵蚀燃烧系数 ε 是侵蚀燃烧强弱的标志，ε=1 表 逐渐减小、强度减弱，两者共同作用下侵蚀燃烧对火药

CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS 含能材料 2019 年 第 27 卷 第 3 期 （202-209）