Φ50mm口径气体炮炮口制退器的设计与效率分析

针对气体炮发射过程中受后坐力作用影响瞄准精度的问题,基于兵器标准推荐数值确定了炮口制退器的主要尺寸参数及其变动范围,设计了适用于Φ50 mm口径的一级气体炮反作用式炮口制退器,理论分析了制退器的制退效率,获得了高压气室压力、弹体质量、侧孔倾角以及侧孔直径等试验参数对制退效率的影响,并通过有限元流场仿真验证了制退效率,该方法和制退器的结构形式为其他应用场景的气体炮炮口制退器的设计提供了参考。     

带制退器的膛口流场数值模拟

带制退器的膛口流场是一种具有高度瞬变性、强烈方向性的复杂波系结构流场.采用分块网格划分的整体运动处理方法和基于动态层变方法的结构动网格技术处理弹丸高速运动造成的网格变化,模拟某型带炮口制退器的火炮发射过程中的非定常燃气射流流场,根据数值结果,详细讨论了初始流场、火药燃气流场的形成与发展以及与弹丸的耦合和相互作用过程.数值计算结果可以为炮口制退器的设计与实验提供一定理论指导,为深入研究奠定良好基础.     

扭曲尾翼飞行器的气动特性

为研究扭曲尾翼对飞行器气动特性的影响,引入扭曲率与平均攻角来表示尾翼的几何特征,通过求解旋转坐标系下的定常状态N-S方程,对十字型布局扭曲尾翼飞行器气动特性进行了数值仿真。结果表明:扭曲尾翼可以增加飞行器的滚转力矩和平衡转速,其平衡转速与扭曲率呈正比关系;随着扭曲率的增大,扭曲尾翼飞行器未转动时的阻力系数增大、平衡转速时阻力系数减小;在临界扭曲率以内,随着扭曲率的增加,飞行器平衡转速时翼面压力分布得到了有效改善,研究结果对于飞行器的气动构型设计及其飞行稳定性分析具有参考价值。     

扭曲尾翼飞行器气动特性数值研究*

为研究扭曲尾翼对飞行器气动特性的影响,引入扭曲率与平均攻角来表示尾翼的几何特征,通过求解旋转坐标系下的定常状态N-S方程,对十字型布局扭曲尾翼飞行器气动特性进行了数值仿真。结果表明：扭曲尾翼可以增加飞行器的滚转力矩和平衡转速,其平衡转速与扭曲率呈正比关系;随着扭曲率的增大,扭曲尾翼飞行器未转动时的阻力系数增大、平衡转速时阻力系数减小;在临界扭曲率以内,随着扭曲率的增加,飞行器平衡转速时翼面压力分布得到了有效改善,研究结果对于飞行器的气动构型设计及其飞行稳定性分析具有参考价值。     

采用动网格技术的弹托分离仿真模型

针对一体化弹丸出炮口后弹托由与弹体接触到绕弹托质心做六自由度运动的过程,提出一种基于弹托分段分离运动并采用动网格技术耦合流体控制方程和六自由度运动方程的弹托分离仿真模型。以尾翼稳定脱壳穿甲弹为例,仿真分析不同马赫数下的弹托分离情况,并探讨弹托和弹体气动系数在分离过程中的变化情况。仿真结果表明:弹托分离马赫数越大,分离轨迹越靠近弹体且分离时间越短,但对地分离横向位移越大。通过与试验数据的对比,验证了所提弹托分离仿真模型的准确性。     

导弹箱式垂直热发射过程燃气流冲击效应研究

为了研究导弹箱式垂直热发射过程燃气流场对导弹及发射装置的影响,使用计算流体力学方法,将燃气流场与导弹运动耦合计算,采用域动分层动网格更新方法模拟了导弹的发射过程,采用多组分冻结流计算燃气流场,得到了导弹热发射过程中流场分布及导弹、发射箱的热、力载荷分布情况,并采用发射试验进行了验证。研究结果表明,导弹在箱内运动过程中,弹表面基本为负压,各测点导弹截面出箱以后,压力迅速升高为一个大气压;在点火时刻弹尾部产生一个775 K的温度峰值,在整个运动过程中,弹表面温度基本保持在300 K;发射箱的温度变化经历先升高,出箱后降低,运动一段距离到超临界状态又升高,随着导弹远离发射箱,箱内表面温度逐渐降低;导弹运动过程中,发射箱内基本为负压,喷管运动至观测点截面附近时,该观测点压力降至最低,之后缓慢升高,到超临界状态,压力下降形成一个波谷,随着导弹远离发射箱,箱内壁面压力逐渐升高为一个大气压。     

某型穿甲弹弹托轻量化仿真研究

为了减小弹托消极质量,提高某型穿甲弹的威力,运用Ansys11.0软件的Workbench平台,采用瞬态动力学方法对某型穿甲弹的发射强度进行了仿真,结果表明:该弹弹托马鞍部和尾椎部的强度裕度较大。通过在马鞍部钻孔和尾椎部开槽,在满足发射强度要求的前提下可减轻弹托质量170 g,从而使该型穿甲弹的炮口初速提高了16.25 m/s,进而使该型穿甲弹对既定目标的有效穿透距离增加了270 m左右。     

低转速条件下的弹丸飞行稳定性分析

为了解决制导炮弹引信试验成本高、研制进度慢、试验条件复杂等问题,以制式榴弹为原型设计了模拟试验弹,用于模拟引信的发射环境。由于试验弹转速较低,在不采用尾翼的条件下,出炮口距离200~300 m内,弹丸是否飞行稳定,是一个需要重点考虑的问题。飞行中的弹丸,由于阻力方向与质心运动方向不一致,导致合力不一定通过质心,迫使弹体在空中翻转,所以弹体的旋转速度和气动外形设计是弹体飞行稳定的必要条件。通过对弹丸在一定距离内的飞行稳定性数值计算,用数值计算结果进行稳定性仿真分析,进而说明数值仿真计算对弹丸气动外形设计可以提供有效参考。     

高原环境对弹丸动态稳定性的影响

分析了高原环境低空气密度对弹丸动态稳定性的影响。给出了弹道坐标系中的力方程组和非滚转弹体坐标系中的力矩方程组,并通过线性化方法得到弹丸角运动的状态空间模型。列出了角运动状态矩阵的四个特征根,并利用复数平方根计算方法得到特征根实部的表达式。提出弹丸动态稳定性稳定因子的新定义,并证明新的动态稳定条件与传统的动态稳定条件是一致的。讨论了低空气密度对尾翼稳定弹和旋转稳定弹动态稳定性的影响,并通过仿真说明弹丸在高原条件和平原条件下的动态稳定性存在差异。     

火箭弹卷弧尾翼的轻量化研究

针对火箭弹卷弧尾翼在特定气动载荷下的轻量化问题,基于结构动力学理论,依托ABAQUS非线性有限元软件,建立了火箭弹卷弧尾翼的有限元模型。通过对比碳纤维复合材料(CFRP)和合金钢材料的卷弧尾翼的有限元分析,得出了碳纤维复合材料在满足强度和刚度的要求下,使卷弧尾翼减重达80%。该方法为火箭弹卷弧尾翼的轻量化设计提供了一种参考和借鉴。     

气缸张开式尾翼弹气缸压力数值仿真研究

为研究气缸张开式尾翼工作原理,分析某型滑膛反坦克炮榴弹气缸充放气过程,建立尾翼弹在炮膛内的气缸压力模型,将其与炮弹底部气体压力、密度、温度等参量的变化规律相耦合,并对气缸压力模型进行可解性分析,得到一种求解气缸气体压力、密度等参数随时间变化的数值方法．     

某尾翼式火箭增程迫弹飞行失稳原因分析

针对某尾翼式火箭增程迫弹弹道飞行失稳的现象，建立了火箭增程迫弹的六自由度弹道模型，仿真分析了该弹丸的摆动角变化规律、全弹道静稳定度、动态稳定度，共振转速、平衡转速等，最终确定共振为该弹飞行失稳的主要原因。为避免弹丸共振的产生，研究确定了该弹的最佳转速范围，通过最大射程及密集度试验结果表明平衡转速为8r～10r时，发动机作用对弹丸飞行影响较小，密集度最好。     

二维弹道修正弹气动特性与稳定性仿真

在某型迫击炮无控弹结构基础上,将其引信改为固定鸭舵修正引信,采取直接利用原有尾翼结构、加大翼片面积和减少翼片数量三种尾翼设计形式,分别构建3个弹体模型,运用CFD计算软件对3种弹体模型的阻力系数、升力系数、俯仰力矩系数变化规律进行仿真,得到具有一定修正能力且满足全弹道飞行稳定性要求的弹体模型方案,其仿真结论可为尾翼稳定迫击炮二维弹道修正弹的研究提供参考。     

基于某推力机构弹道修正弹角运动稳定性分析

为了研究基于"预置质量块"式弹道修正力系下的某低旋尾翼修正弹的飞行稳定性,对弹丸进行修正力系作用下的受力过程进行分析。通过建立其6D弹道模型以及复攻角运动方程,对推力作用下的弹箭追随稳定性以及动态稳定性进行了理论及仿真分析。分析结果表明,在δ_(2P)δ_(pm)条件下,弹箭追随稳定性满足要求;考虑缓变系数影响,二圆运动阻尼系数均小于0条件下,弹箭动态稳定性得到保证。证明基于"预制质量块"的弹道修正弹满足飞行稳定性要求。     

土壤参数改变对火炮射击性能影响的仿真研究

建立某型火炮的虚拟样机模型,通过改变土质介质刚度,形成了不同的土质情况,并在此基础上进行火炮发射仿真试验,测取火炮炮架间关键部位的受力情况及炮口中心点在炮口平面内的位移情况,将仿真结果进行对比分析,研究土质变化对火炮射击性能的影响。     

凹腔超声速流场结构的试验研究

对超声速冷流情况下凹腔流场特性进行了试验和数值仿真研究,分析了不同构型的凹腔对超声速流场的影响。研究结果表明,在5～9范围内长深比L/D对凹腔流场结构基本没有影响;在30°～60°范围内,凹腔后壁倾角θ不会改变凹腔流场整体结构和特征,但对剪切层的空间发展和凹腔回流区结构有比较大的影响。     

电磁发射弹丸飞行弹道仿真

针对电磁发射弹丸飞行弹道进行仿真研究，在建立刚体六自由度飞行弹道模型的基础上，采用时频分析和涡流分析方法，建立电磁-动力学耦合模型分析弹丸出膛时由于膛内振动带来的炮口扰动，采用动网格技术建立电磁-气动耦合模型分析弹托分离产生的气动扰动，从而得到了电磁发射弹丸的飞行弹道模型。以得克萨斯大学先进技术研究所设计的IAT-HVP为例，仿真分析了弹丸以1117 m/s初速、0°射角出膛时弹丸出口扰动对弹体速度和气动特性的影响，并得到其飞行200 m的弹道曲线。仿真结果表明，受电磁发射一体化弹丸出口扰动的影响，弹体落点相比理想弹道产生了24%的偏差，其中炮口扰动引起的偏差最大，其次是弹托分离。     

电磁发射高速旋转弹丸马格努斯效应

和传统火药发射弹丸相比,电磁发射弹丸具有初速高、射程远等优势,但尾部的电枢臂槽会使弹丸部流场不再轴对称,产生独特的气动力特性。基于三维非定常Navier-Stokers方程,采用滑移网格技术,分析电磁发射弹丸的气动力特性。研究表明,对于高速旋转的电磁发射弹丸,马格努斯效应来源于激波层内流场畸变和电枢臂的迎风面积变化的共同作用;电枢臂迎风面积的周期性变化是导致气动力和力矩周期性变化的原因,马格努斯力矩在滚转角45°和135°时分别达到最小值和最大值;电枢臂槽的存在既加剧了马格努斯效应(135°时增加50%以上),又使得压心周期性前移(绝对前移量达5%),并且随着转速的增加,马格努斯力矩增加和压心前移效果越来越显著,不利于弹丸的动稳定。     

正规形法在弹箭非线性运动分析中的应用

非线性气动力对弹箭运动特性具有重要影响,而其复杂性和有效分析工具的缺乏往往制约了弹箭非线性运动理论的发展.为探索正规形方法在弹箭非线性运动分析中的应用,构造了考虑二次非线性阻尼和七次非线性静力矩下攻角方程的正规形,进而求得攻角的通用解析解,通过数值积分验证了其在较大攻角范围内的有效性,该解析解也同样适用于无阻尼角运动和...     

重叠网格方法研究多子弹抛撒气动问题

子母弹抛撒气动问题是一类典型的有相对运动的多体气动问题,也是重叠网格方法最有价值的应用领域之一。采用MI-Grid重叠网格软件系统,耦合流动力学方程和动力学/运动学方程,研究子弹分离过程的气动性能和运动轨迹,并结合正交试验设计,讨论和评估了出舱条件及气动干扰对子弹分离运动的影响,指出子弹在抛撒流场中受激波干扰对姿态运动影响很大,单子弹抛撒时母弹激波扫射使子弹俯仰特性剧烈波动,多子弹抛撒时弹舱流动受子弹挤压反射激波使子弹姿态抬头。