基于缩比模型的复合材料发射筒强度预测

通过各工况下的力学特性试验能够详细地考核全尺寸样机结构可靠性。然而,该方法通常受到试验环境、周期等多种因素的制约。因此,依据全尺寸样机关键性能指标,建立具有结构力学相似关系的缩比模型来代替全尺寸样机,进而开展相关工艺及力学性能验证则更具有普适性和可操作性。本文针对复合材料发射筒全尺寸样机在使用工况下的抗拉和承压能力要求,进行详细的结构力学分析,并提出基于全尺寸样机筒体及其连接结构在各工况下的平均应力与缩比模型相应部位的平均应力相等时的力学模型得到缩比模型在相应工况下的外载荷条件的方法;在此基础上,利用有限元法计算缩比模型在相关工况下的应力大小及分布。最终,依据缩比模型的有限元计算结果对复合材料发射筒正式样机的强度余量进行预测,从而为缩比模型的进一步力学性能测试以及发射筒正式样机的设计提供理论指导。

同心筒自力发射燃气排导优化设计

文中采用数值模拟的方法,对影响同心筒自力发射排气效果的几个主要因素进行分析,并提出优化设计方案。研究结果表明:合适的内外筒间隙是燃气流排导的关键;利用发射筒底部的内筒收缩段可以有效改善燃气排导效果;采用发射筒头部导流结构可以有效改善抽吸作用对导弹发射环境的影响。

同心筒发射燃气流二次燃烧数值研究及导流板结构改进

针对同心筒热发射燃气射流二次燃烧冲击效应问题,采用3阶精度的MUSCL格式求解11组分12步基元化学反应动力学模型,弹体运动运用域动分层网格更新方法,数值模拟了同心筒发射H2/CO混合燃气流场。在燃气自由射流二次燃烧数值模拟结果与文献实验数据对比验证的基础上,分析了同心筒发射燃气流含化学反应的流动特点,以及在导弹出筒时筒口导流板结构对弹体的影响。数值结果表明:在筒外燃气与空气混合区域出现明显的二次燃烧,而在筒内二次燃烧几乎可以忽略;当弹底出筒后,从内外筒间隙排除的燃气、导弹尾部燃气射流和弹底之间相互干扰,形成反溅激波;反应流流场轴线温度高于冻结流和单一组分流流场轴线温度;导流板结构能明显降低弹体表面温度,其高度最优值在1.5倍内外筒间隙附近。研究结果对同心筒发射装置结构优化设计具有一定理论参考意义。

同心筒发射潜载导弹过程数值研究

研究了潜载导弹水下垂直发射过程中同心筒内外流场的复杂多相流动问题。采用M IXTURE多相流模型,结合考虑水汽化的气穴模型,运用有限体积法(FVM)和SIMPLE算法,求解燃气、水、蒸汽多相的N-S方程和Standardkε-湍流模型。运用动网格技术和滑移网格技术,实现了导弹出筒过程中弹体运动与多相流场的耦合求解。计算结果揭示了潜射导弹水下垂直发射过程中同心筒内外复杂多相流动的演化、流场结构和流体动力特性。

气泡弹性对同心筒水下发射影响研究

潜射导弹自同心筒装置发射过程中在筒口处会形成燃气泡,由于气泡在水下的弹性效应,水气耦合作用导致气泡周期性地膨胀压缩,会对导弹弹道参数、受载特性产生一定影响。以CFD为技术手段,建立了导弹水下发射动态仿真模型,通过数值模拟获得了发射过程中多相流场、导弹弹道参数及受力的时间历程曲线,分析了气体弹性效应对参数变化的影响;并针对发射深度及其发射艇速对气泡弹性效应的影响进行了仿真分析,给出了其影响规律。仿真方法和结果对工程研究有一定参考价值。

新型车载同心筒流场机理与热环境研究

针对路基车载同心筒自力发射系统热环境评估与改善的问题,基于雷诺平均方程及二阶AUSM格式,依托弹性变形和域动分层结合的动网格技术,对不同结构的同心筒二维轴对称流场进行了非定常数值计算,分析了不同结构条件对流场机理及热环境特性的影响,列举了传统优化同心筒自力发射方案;提出了一种适宜路基发射环境的新型同心筒概念。对比的动态数值结果表明,和传统优化方案相比,该新型同心筒大大降低了导弹周围气体的温度,有力改善了高温燃气流进入内筒的"倒吸效应";倒吸进入内筒的低温气体对导弹起到了很好的气冷保护作用;低温气体和燃气混合,改善了外筒的热环境。

同心发射筒燃气开盖技术

为实现导弹自力发射时同心发射筒前盖自动向一侧开启,讨论了4种燃气开盖方案:易碎盖方案、内外筒偏心盖方案、半导流锥方案和各向异性材料发射筒盖方案,并用数值方法模拟了各种方案的筒内复杂三维流场.计算结果表明4种方案均具有可行性.经试验验证,各向异性材料的发射筒盖方案能按预先期望的方向整体飞出.

舰面环境中发射箱的贮存性能研究

分析指出日照辐射传热是造成发射箱贮存性能下降和泄露的主要原因。建立发射箱的传热模型及泄漏过程的预估模型;进行模拟计算,计算结果与测试结果吻合。提出改进发射箱的作战环境适应能力的具体建议。

新型同心筒自力发射热环境优化设计

针对新型路基同心筒自力发射热环境评估与优化设计问题,依托弹性变形和域动分层结合的动网格技术,求解了二维轴对称N-S方程,分析了"中段导流"同心筒动态热环境特性,确定了热环境评价指标;通过建立以优化拉丁超立方实验设计和四阶响应面为理论基础的近似数学模型,解决了CFD自动建模困难、直接寻优计算量大的难点;利用多岛遗传和梯度优化算法搭建组合优化策略平台,克服了流场在不同热结构条件下的强非线性问题,并构建了支持近似数学模型的热环境优化构架。对比数值结果表明,倒吸进入内筒的低温气体有力改善了同心筒热环境;建立的近似数学模型精度较高,满足工程需求;优化后,热环境特性发生良性变化,导弹总体热环境得到显著改善。

新型舰载同心筒发射过程流场研究

采用同心筒垂直发射装置,内外筒要保证足够的间隙尺寸用来排导燃气,目前舰载发射均采用通垂方式,势必使得内筒尺寸较小,从而导弹的直径也就较小,不利于发挥弹道导弹的优势。在此基础上提出将传统的外筒设计为一方形结构,在与相同尺寸的通垂架相连接的前提下,增加了内外筒之间燃气排导空间,降低发射过程中导弹表面的温度。计算中使用三维动网格更新方法对同心筒发射过程进行了计算研究,网格更新方法采用域动分层法。结果表明,导弹运动位移曲线与试验符合较好,新型同心筒方案使得整个发射过程中导弹表面的温度均明显降低。

基于CFD的潜射导弹筒口压力场预测

基于无相变VOF模型和动网格技术,采用二维轴对称模型,对潜射导弹筒口压力场特性进行了仿真分析,获取了筒口气泡脉动规律及作用在筒盖上的压强变化特性数据,采用简化算法计算了筒盖上的总受载.对比表明,仿真结果与实测数据的处理结果比较接近,且具有更大的安全裕度,该方法可用于筒盖系统的受载预测和设计参考.

同心筒式发射时筒内流场机理及内外筒间隙的影响

战术导弹同心筒发射装置(concentric can ister launcher,CCL)是舰载导弹新一代垂直发射装置.其内外筒间隙、导弹发动机喷口与筒底的距离、导流锥的高度与型面半径、底板的形状与尺寸等参数都会对筒内流场产生影响.针对内外筒间隙这一影响流场的关键结构参数,利用先进的大型流体力学软件F luent对不同间隙时的筒内超声速流场进行了三维数值模拟,并对流场的流动机理及参数分布进行了分析,给出了研究结论,为工程设计提供了理论依据.

同心筒发射装置导弹燃气流热效应数值模拟

针对某型舰载导弹同心筒发射装置,采用动态网格技术,建立了导弹发射过程中燃气流与发射筒之间的流固耦合换热模型。模型中考虑了导弹在发射筒内运动引起的燃气流场边界的变化。通过对燃气流非稳态传热的数值模拟,得到了发射筒内燃气流及筒壁的温度分布规律,为发射筒的热强度设计提供依据。

湿式独立自排导垂直发射技术研究

湿式独立自排导垂直发射技术在发射过程中可能会存在发射筒内压力过高的问题,就不同结构参数的湿式独立自排导垂直发射装置进行数值计算,并采用动网格对内外筒间距为17 mm及单筒发射的导弹发射过程进行数值研究和分析。计算中考虑水的汽化效应,采用Mixture两相流计算模型求解气液两相流场,网格更新方法采用域动分层法。结果表明,内外筒间距越小,燃气的排导越受限制,筒内的压力越大;喷管出口与后盖部的距离越小,筒内压力越大;底部加导流锥对于降低后盖上的压力作用明显,计算结果与试验符合较好。

同心筒水下发射内弹道建模与仿真研究

为构建一种快速的同心筒水下发射内弹道算法,采用热力学第一定律,结合导弹动力装置特性及水下环境需求,建立了同心筒水下发射内弹道计算模型,用CFD结果辨识并校验模型经验参数。应用校验的模型研究了发射装置设计参数对内弹道参数的影响规律。结果表明:筒口、筒底限流尺寸均可用于调速,筒底限流尺寸可用于调节过载,内、外筒初始容积增大可增大调速范围。仿真方法和结果可供工程设计人员参考。

同心筒发射装置燃气射流流场非定常数值模拟

文中针对三种不同内、外筒间隙的同心筒发射装置,对其发射过程中发射筒内的燃气射流流场进行了非定常数值模拟。通过对三种数值计算结果的对比,分析了不同内、外筒间隙对发射筒内燃气射流流场的影响。在数值模拟的过程中采用了最新的动网格技术,采用的紊流模型为 k-ε二次方程模型方程。

新型路基同心筒热冲击机理与热环境影响因子

针对新型同心筒自力发射高速热冲击载荷下热环境评估与影响因子决策问题,结合弹性变形和域动分层结合的动网格技术,求解了二维轴对称Navier-Stokes方程,分析了新型路基同心筒流场机理与热冲击特性,并确定了热环境评价指标;通过建立以优化拉丁超立方试验设计和径向基神经网络为理论基础的近似数学模型,解决了CFD自动建模困难、计算量大的难点;结合径向基神经网络训练方法,对导弹热环境的影响因子进行了智能决策研究。分析表明:倒吸进入新型同心筒内筒的低温气体有力改善了同心筒热环境;建立的近似模型精度较高,满足工程需求;对导弹热环境的影响因子从大到小依次为筒底导流板直径、筒底导流板长度、导流器高度;为导弹热环境多学科优化设计提供参考。

同心发射筒内燃气流温度场的数值模拟

针对舰载导弹同心筒发射装置,建立了燃气流与发射筒间的换热模型。建模中考虑了发射筒结构的复杂性,燃气流的高温、高速等特点,以及筒内燃气流场流动与换热的强耦合性。通过对筒内燃气流场的全流场非稳态的数值模拟,得到了同心筒内外筒壁面温度的分布规律。

新型优化同心筒自力发射流场机理与降温效果

针对同心筒自力发射结构优化与热环境改善的问题,基于雷诺平均方程及轴对称N-S方程,依托弹性变形和网格再生成方法结合的动网格技术,对3种不同结构形式同心筒发射装置的二维轴对称流场进行了非定常数值计算,得到了不同结构条件下动态的流场机理及导弹热环境特性。计算结果显示:导流器方案能实现燃气流迅速顺利排导;筒底收缩段设计能有效遮挡反溅燃气流;筒口导流板结构较好抑制了内筒的"倒吸效应",确保导弹和内筒的热安全;揭示了优化同心筒的流场结构与降温机理,可为相关研究提供参考。

新型变截面同心筒发射装置及其热环境气动原理研究

为了更好地改善同心筒导弹垂直发射装置工作时导弹所面临的热环境,分析了影响筒口处燃气温度的因素和出口燃气温度降低过程中的气体动力学原理,并首次从能量守恒的角度分析了以前科研人员在降低出口燃气温度方面所做的研究工作,解释了各种降温方案的原理。还提出了一种变截面同心筒的设计方案,即将同心筒内外筒的间隙设计成收缩-扩张形状(类似于拉瓦尔喷管),利用此变截面同心筒对气流的加速作用来提高燃气的出流速度,以达到降低高温燃气温度的目的。文中用FLUENT对设计结构进行了二维数值模拟,验证了可行性,显示出此方案可在一定程度上改善导弹工作时的热环境。