烟幕初始云团最大半径数值模拟

基于圆柱体发烟装置,采用Truegrid仿真软件建立带有"V"型刻槽的圆柱壳体网格模型,并用Autodyn软件建立发烟装置仿真模型,对烟幕初始云团爆炸分散过程爆轰压力变化规律进行数值模拟。借助于MATLAB提供的分段线性插值函数,将压力作为已知量引入爆炸分散理论模型,采用欧拉法对模型进行数值计算。开展了野外测试实验,采用摄像法和图像处理技术得到试验数据。结果表明,爆炸分散第一阶段发生时间为0～8.9×10-6s,烟幕初始云团最大半径增大为原来的3～4倍;在爆炸分散第二阶段,烟幕初始云团最大半径增大到约3 m。基于Truegrid与Autodyn混合仿真,并与爆炸分散理论模型相结合的方法,相比仅利用数值积分求解爆炸分散模型的传统理论方法,烟幕初始云团最大半径的计算误差降低了3%～8%,且烟幕初始云团最大半径比单一理论模型法更接近实验结果。采用欧拉法计算模型的收敛性优于四阶龙格-库塔法。

烟幕初始云团爆炸分散模型建立及计算方法

将烟幕初始云团爆炸分散过程分为等熵膨胀阶段和自由膨胀阶段,考虑第一阶段微元体受到的气动阻力,建立了烟幕初始云团爆炸分散的理论模型,采用欧拉法对模型进行数值计算。开展了野外测试试验,利用图像处理技术得到试验数据对模型进行对比分析。实验结果表明,采用欧拉法计算改进模型的结果,同等情况下,与计算未改进模型的结果相比更接近试验值,其相对误差减小5%～10%。

爆炸型烟幕弹遮蔽效能仿真研究

传统的烟幕仿真方法通常使用假定风场均匀稳定的高斯模型或者拉赫特曼扩散理论,这些方法忽略了实际大气边界层复杂多变的特点。为了解决这一问题,建立一个基于计算流体力学(CFD)方法的爆炸型烟幕弹遮蔽效能仿真模型。运用拉格朗日方法,基于在椭球体内均匀生成随机粒子的方法构建初始云团。分析烟剂燃烧放热对初始云团的热力效应,结合CFD方法和离散相模型对烟幕粒子的扩散进行模拟,得到烟幕质量浓度的时空分布。通过计算面密度得到烟幕对可见光的有效遮蔽区域。效能仿真结果与试验结果和拉赫特曼模式结果对比,证明了该模型的有效性,表明烟幕弹遮蔽效能仿真模型在爆炸型烟幕弹的前期扩散阶段较好地反映了烟幕形状及长度、高度的变化规律。