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Simulation of the Loading Density for Gun Propellants with Arbitrary Shapes Using a Discrete Element Method
Propellants, Explosives, Pyrotechnics ( IF 1.7 ) Pub Date : 2022-05-31 , DOI: 10.1002/prep.202200044 Sebastian Wurster 1 , Martin Lietz 1 , David Sprengel 1
Propellants, Explosives, Pyrotechnics ( IF 1.7 ) Pub Date : 2022-05-31 , DOI: 10.1002/prep.202200044 Sebastian Wurster 1 , Martin Lietz 1 , David Sprengel 1
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The determination of the loading density that can be achieved for a certain propellant geometry is a key factor that determines the energy content and hence the performance of propellants in a gun system. Additive manufacturing on the other hand gives charge designers a new freedom in choosing propellant geometries. Therefore, it is important to have a method that can determine the loading density achievable for a given grain geometry without actually manufacturing each possible solution in sufficient quantities for an experimental determination. For this reason, a discrete element method was adapted, and a simulation was setup with the open source 3D computer graphic software Blender and its bullet physics engine, that enables the charge designer to simulate a propellant bed for arbitrary grain and shell geometries. The method is validated by simulating the loading density of real JA2 double base propellant grains (7 perforated cylinder) and comparing it with experimental measurements. It is shown that a good agreement between the simulated and experimental loading densities can be achieved by our method. Afterwards the dependence of the loading density on the length to diameter ratio for cylindrical gun propellants was investigated with the method. It is shown how the loading density decreases with increasing L/D ratio.
中文翻译：
用离散元法模拟任意形状火炮推进剂的装填密度
确定某种推进剂几何形状可以达到的装载密度是决定能量含量以及火炮系统中推进剂性能的关键因素。另一方面，增材制造为装药设计师提供了选择推进剂几何形状的新自由。因此，重要的是有一种方法可以确定给定晶粒几何形状可实现的加载密度，而无需实际制造足够数量的每种可能的解决方案用于实验确定。出于这个原因，采用了离散元方法，并使用开源 3D 计算机图形软件 Blender 及其子弹物理引擎设置了模拟，使装药设计师能够模拟任意颗粒和外壳几何形状的推进剂床。该方法通过模拟真实JA2双基推进剂颗粒（7个穿孔圆柱）的装载密度并与实验测量进行比较来验证。结果表明，我们的方法可以实现模拟和实验加载密度之间的良好一致性。然后用该方法研究了装载密度对圆柱形火炮推进剂长径比的依赖关系。它显示了负载密度如何随着 L/D 比的增加而降低。然后用该方法研究了装载密度对圆柱形火炮推进剂长径比的依赖关系。它显示了负载密度如何随着 L/D 比的增加而降低。然后用该方法研究了装载密度对圆柱形火炮推进剂长径比的依赖关系。它显示了负载密度如何随着 L/D 比的增加而降低。
更新日期：2022-05-31
中文翻译：
用离散元法模拟任意形状火炮推进剂的装填密度
确定某种推进剂几何形状可以达到的装载密度是决定能量含量以及火炮系统中推进剂性能的关键因素。另一方面，增材制造为装药设计师提供了选择推进剂几何形状的新自由。因此，重要的是有一种方法可以确定给定晶粒几何形状可实现的加载密度，而无需实际制造足够数量的每种可能的解决方案用于实验确定。出于这个原因，采用了离散元方法，并使用开源 3D 计算机图形软件 Blender 及其子弹物理引擎设置了模拟，使装药设计师能够模拟任意颗粒和外壳几何形状的推进剂床。该方法通过模拟真实JA2双基推进剂颗粒（7个穿孔圆柱）的装载密度并与实验测量进行比较来验证。结果表明，我们的方法可以实现模拟和实验加载密度之间的良好一致性。然后用该方法研究了装载密度对圆柱形火炮推进剂长径比的依赖关系。它显示了负载密度如何随着 L/D 比的增加而降低。然后用该方法研究了装载密度对圆柱形火炮推进剂长径比的依赖关系。它显示了负载密度如何随着 L/D 比的增加而降低。然后用该方法研究了装载密度对圆柱形火炮推进剂长径比的依赖关系。它显示了负载密度如何随着 L/D 比的增加而降低。
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