基于粒子法的可变边界柔性气缸弹射研究

为解决现有弹射器红外目标明显、能量不稳定、结构复杂等问题,进一步提升弹射效率、弹射稳定性,该研究在现有压缩空气弹射器的基础上提出一种可自主增长气缸边界的柔性气缸弹射器,实现高压气体在柔性气缸约束下的长距离做功。在显式动力学基础上,建立多工况下的大尺度柔性气缸弹射负载有限元模型,实现基于粒子法模型的大尺度柔性结构弹射负载的流固耦合数值仿真。研究结果表明在充气量一定时,柔性气缸弹射器比压缩空气弹射器弹射速度增加11.7%,火箭最大过载减小71.6%。进一步研究表明,同种织物漏气的主要影响因素为柔性气缸内外压差,针对不同材料漏气,选取三种材料,其中棉纶66C为柔性气缸织物的弹射系统的弹射指标最佳。对比不同环境压力,外界大气压越低,弹射动能越高,70 kPa环境压力下,比标准大气环境压力下,动能增加15.8%。

通用化柔性气缸弹射研究

为进一步提高弹射器兼容性、实现弹射通用化,提出一种通用化可变内弹道的柔性气缸弹射器,实现多型号导弹通用化弹射。基于显式动力学理论,建立多工况通用化柔性气缸弹射负载有限元模型,实现基于粒子法的多型号导弹通用化柔性气缸弹射研究。对比研究了粒子法和计算流体力学方法压力容器试验仿真,所得仿真结果吻合,充分验证了粒子法的正确性和可靠性。研究结果表明:连续弹射会对后续弹射造成影响,第二次弹射相对第一次弹射速度降低8.7%,弹射过载降低4.4%;改变充气阀开启时序能够改变弹射性能,同时开启充气阀能有效提高弹射速度,顺序开启有助于降低弹射过载峰值;改变充气阀开合直径大小和开启时序可实现多型号导弹通用化弹射,同型号导弹不同顺序弹射速度相差12%以内,响应时间小于0.02 s。

基于粒子法的柔性气缸导弹弹射数值仿真

为进一步提高冷发射装备的可控性、隐蔽性、可重复性和轻量化等作战能力,对一种柔性气缸导弹弹射方式和弹射系统的工作机理进行研究。以粒子法为主要计算方法,对柔性气缸内部的气体射流进行数值计算,结合有限元方法,仿真计算柔性气缸流固耦合工作过程。通过柔性气缸导弹弹射系统实验结果与数值仿真结果的数据对比,验证数值计算方法的正确性与可靠性。改变计算参数,以某16吨导弹为研究对象,对柔性气缸导弹弹射系统的多喷口弹射与弹射工质进行规律性探索。发现柔性气缸导弹弹射系统工作过程中,导弹过载出现两次峰值且较为平滑,调整各个喷口启动时间,可使导弹的弹射动能基本不变,又可优化导弹过载。相比于高压氮气和高压空气,以超临界二氧化碳为弹射工质的柔性气缸导弹弹射系统中,导弹获取的弹射动能下降约41.1%,系统的弹射时间延长约17.1%。