高层建筑消防炮专用灭火弹研究

论文摘要

高层建筑消防作为一个世界性的难题已越来越受到重视,灭火弹是一种有效的针对高层建筑火灾扑救的灭火设备,目前各国在该领域正加大投入并已研制了一系列相关产品。本课题的目标是研究一种能够通过气动消防炮发射,在进入火场后能自主感测火场温度情况,智能控制起爆,实现灭火剂在火场上部弥散,从而起到较好灭火效果的灭火弹。本文介绍了高层建筑消防用灭火弹的特点及国内外发展现状。根据灭火弹的工作特点与性能要求确定了灭火弹的总体方案,并着重阐述了弹体结构及引信控制系统的研究方法和过程。在此基础上,本文深入研究了灭火弹发射时的受载情况,利用ANSYS软件对该环境下弹体关键部位的发射安全性进行了分析。弹道特性关系到灭火弹的飞行性能与火控系统,故需对灭火弹内、外弹道进行研究。本文在分析了膛内压力分布规律的基础上,建立了灭火弹内弹道数学模型。外弹道建模过程中,建立了考虑空气阻力影响的外弹道数学模型。同时,给出了修正方法,在此基础上,建立了灭火弹外弹道数据库。灭火弹能否顺利侵彻建筑物玻璃以及侵彻前后弹体飞行状态的变化,直接影响到其后续工作的开展与灭火效果。本文根据灭火弹实际情况确定了材料本构模型,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同情况下灭火弹侵彻玻璃的过程进行了模拟,所得结果与外弹道诸元结合,可作为发射控制的参考。最后,通过对灭火弹飞行特性的分析,研究了灭火弹飞行中所受诸力与力矩,计算得到了灭火弹空气动力参数,并运用弹丸稳定储备量和摆动特性两种方法研究了灭火弹的飞行稳定性,所得结果表明灭火弹飞行稳定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 高层建筑消防用灭火弹特点
• 1.3 高层建筑消防用消防炮-弹的研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本论文研究内容
• 第2章 灭火弹总体研究与发射强度分析
• 2.1 灭火弹工作流程
• 2.2 灭火弹总体设计需求分析
• 2.3 总体设计方案的确定
• 2.3.1 灭火弹弹体
• 2.3.2 稳定装置
• 2.3.3 装填物
• 2.3.4 引信系统
• 2.3.5 弹体材料的选择
• 2.3.6 总图及结构特征参数
• 2.4 引信控制系统研究
• 2.4.1 引信设计要求
• 2.4.2 引信设计
• 2.4.3 控制时序图
• 2.5 发射安全性分析
• 2.5.1 发射瞬态受载分析
• 2.5.2 发射安全性校核
• 2.6 本章小结
• 第3章 弹道特性研究与射表编制
• 3.1 引言
• 3.2 内弹道
• 3.2.1 消防炮工作原理
• 3.2.2 内弹道数学模型
• 3.2.3 解算结果与分析
• 3.3 外弹道
• 3.3.1 外弹道模型
• 3.3.2 解算方法
• 3.3.3 解算结果
• 3.3.4 误差修正
• 3.4 射表编制
• 3.4.1 射表编制
• 3.4.2 射击诸元查取策略
• 3.5 本章小结
• 第4章 灭火弹侵彻玻璃的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 LS-DYNA简介及其在本文中的应用
• 4.2.1 ANSYS/LS-DYNA简介
• 4.2.2 LS-DYNA在本文中的应用
• 4.3 数值模拟模型的建立
• 4.3.1 有限元模型及网格划分
• 4.3.2 材料本构模型的选取与参数确定
• 4.4 求解及结果分析
• 4.4.1 求解控制
• 4.4.2 数值计算结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 灭火弹飞行稳定性研究
• 5.1 引言
• 5.2 飞行中灭火弹所受诸力与力矩
• 5.2.1 空气动力
• 5.2.2 空气动力矩
• 5.3 灭火弹空气动力参数计算
• 5.3.1 空气动力特征数
• 5.3.2 空气动力系数
• 5.4 灭火弹飞行稳定性分析
• 5.4.1 稳定储备量
• 5.4.2 摆动状态分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢