破孔面积对燃气弹射性能影响机理分析

为探究发射筒破损面积对燃气弹射过程的影响,采用RNG k-ε湍流模型、有限速率/涡耗散模型和动态分层网格技术,建立包含筒壁损伤的发射筒三维数值模型,在数值验证的基础上通过改变破孔直径,仿真得到不同破孔面积下发射筒内流场分布与内弹道参数。结果表明:在发射筒内部整体流场形态近似呈对称分布,但由于燃气产生附壁效应和旋转涡的出现,局部流场呈现非对称性;随孔径增大筒内压力减小,孔径为160 mm时,t_(0)时速度相比完整筒壁的速度下降高达13.17%,在设定的出筒条件下当孔径大于140 mm后不能满足出筒要求;进行各参数相关性分析时发现破孔面积与第一次压力峰值及t_(0)时速度之间呈负线性相关。

搭载辅助动力系统的二级火箭底部热环境分析

针对某二级运载火箭辅助动力系统发动机空间布局复杂、箭体底部部件数量多、底部热环境恶劣的情况,本文采用数值模拟和风洞试验验证相结合的方式开展高空二级运载火箭在辅助动力系统工作状态下箭体底部热环境研究。基于Navier-Stokes组分输运方程、DOM热辐射模型、RNG k-ε模型建立高空含复杂底部部件的二级运载火箭燃气喷流模型。结果表明:二级运载火箭在辅助动力系统工作时,高热流区域主要集中在燃料箱后短壳和辅助动力系统支座,沉底发动机工作时支座热流峰值最大,比其余部件高300%~400%。60 N、300 N发动机同向工作时,除支座和后短壳外的底部部件的热流达到峰值,比其余工况增长300%~600%。随着飞行高度和速度的增加,各部件热流均呈现下降趋势,但下降幅度较小。本文计算结果对二级运载火箭底部热防护设计有重要的工程指导意义。

海上热发射模式下四喷管运载火箭尾流数值模拟

为解决海上发射支持平台热发射时的设计安全问题,明确海上支持平台在运载火箭热发射过程中受到的超声速热流冲击作用,建立四喷管火箭发动机尾喷射流数值模型,计算距离甲板5 m、10 m和15 m不同情况下的射流温度、压力和速度分布。模拟结果表明,喷管与甲板距离对流场激波结构有重要影响,当距离超过10 m时,火箭尾流压力和温度分布显著下降。模拟结果对后续实施热发射时海上发射支持平台安全设计与导流结构创新具有重要参考价值。

基于k-ω SST模型的海上热发射单喷管运载火箭流场仿真

为解决海上发射装置热发射时结构安全设计问题,明确海上发射装置在热发射过程中受到射流冲击的影响,围绕单喷管火箭发动机尾焰流场特性展开研究,运用计算流体力学方法基于k-ω Shear Stress Transfer(SST)模型对三维单喷管发动机的尾焰流场进行数值模拟,得到发射过程中尾焰流场温度、速度、压力随发射高度的变化规律。模拟结果表明,喷管出口距甲板距离对流场激波结构有重要影响,当距离超过5 d_(e)(d_(e)为喷管出口直径)时火箭尾流温度和速度迅速下降,当距离超过30 d_(e)时射流恢复甲板环境压力。模拟结果可为后续海上发射平台安全设计与导流装置创新提供试验参考和理论依据。

某型运载火箭单喷管轴对称模型数值模拟

为了研究某型运载火箭发射流场的特征,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术对某型运载火箭飞行5 m工位下的流场进行数值模拟。以3维单喷管发动机为模型,选用标准k-ε湍流模型,同时考虑混合气体,获得发动机尾焰流场,分析尾焰波系结构随时间的变化。计算结果表明:单喷管轴对称模型下的流场各个参数分布、激波系结构与理论分析结果一致,可为后续相关实验测量提供参考和理论依据。

基于数值仿真的火箭箭体气动特性分析

为了分析内装式空中发射运载火箭在箭体脱离载机后的气动特性。应用CFD软件进行了运载火箭三维湍流流场结构分析,在此基础上就火箭箭体的迎角变化对流场结构的影响进行了数值模拟。通过数值模拟得到了不同迎角时运载火箭的气动参数、箭体的压力云图、流场结构;绘制了火箭的力与力矩系数曲线,确定了流场在火箭扰流时的特征。通过分析,明确了火箭气动特性对空中发射系统设计的影响。

基于单向耦合方法的潜射导弹发射动力学研究

分别建立潜射导弹发射流场和发射动力学模型。通过对发射流场模型分析获取导弹所受非定常流场载荷。将流场载荷数据传递至发射动力学模型中作为导弹结构所受外载荷,分析得到导弹的受载与离筒姿态信息。分析结果表明,导弹前端截面与后端截面间所受轴力变化趋势一致,但在幅值上差别较大;弹体所受弯矩载荷随着导弹出筒长度增加而增加并伴有明显偏转;导弹结构设计应以保证横向刚度和强度为主。结论可作为导弹强度设计评估依据。

水下航行体发射管内流场的数值模拟研究

由于水下航行体发射管内的流场非常复杂又不宜于测量,因而很难得到航行体发射过程中的流场分布情况。文中的主要目的是数值模拟水下航行体在发射管内的运动规律和压力分布。通过工程计算的方法得到了水下航行体在发射管内的运动曲线,在此基础上利用Ansys软件的Flotran模块动网格技术对发射管内流场进行了实时仿真,得到了航行体表面的压力分布。

考虑适配器弹性的潜射导弹出筒载荷特性研究

同心筒水下垂直发射导弹时潜艇是具备一定艇速的,相当于给弹体增加了侧向横流,其影响在弹体出筒阶段尤为显著,带来发射安全性和弹体结构载荷相关的诸多问题。为获得在时间和空间维度上置信度更高的导弹出筒载荷特性,并采用较少的假设,首次提出并建立了考虑适配器弹性约束和弹体三自由度的耦合求解流场和弹体运动的非定常数值模型。阐述了筒口气泡弹性对弹体载荷特性的影响,同时获得了出筒过程中的弹体运动、受载及适配器变形情况。仿真结果表明:由艇速产生的横流造成的振荡特性对导弹发射产生不利影响。结果可为同心筒水下垂直发射安全性评估和弹性结构设计提供研究方法。

导弹垂直发射中二次流流场计算

本文应用Ｇｏｄｕｎｏｖ方法对导弹垂直发射系统的内流场进行了数值模拟，详细描述了导弹点火后二次流的形成及其对弹体的影响，为导弹的设计和发射系统的热防护提供参考。本文通过解轴对称坐标系下的无粘欧拉方程组，得到了较为满意的解，捕获了压力箱内的激波，使激波展开在２个网格。计算结果表明：Ｇｕｄｕｎｏｖ方法用于解超音速内流场问题是很成功的，其结果是稳定的、可靠的。该计算所得的结果与实验结果相当吻合，与Ｊ．Ｊ．Ｙａｇｌａ和Ｌ．Ｐ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ等人的计算一致。

水下气动发射模型内流场仿真分析

利用FLUENT软件对某水下气动发射模型发射过程的内流场特性进行了仿真研究。基于标准κ-ε湍流模式和轴对称模型进行了瞬态内流场分析。使用自定义函数和动态层网格更新方法,对因阀开启和武器运动引起的内流场边界的变化进行了模拟。通过对发射气瓶在不同初压条件下的内流场仿真,分析了内弹道参数随时间的变化规律和发射装置内流场压强的空间分布规律。最后进行了水池发射试验,验证了仿真分析方法的有效性。

直升机载导弹初始弹道影响因素分析

武装直升机作战多在低空或超低空,所发射的导弹常常掠地飞行,如果导弹初始弹道出现波动,轻则影响命中精度,重则坠地或擦碰障碍物。因此需要对影响初始弹道的干扰因素进行分析并设法消除其影响。通过建立导弹运动学、动力学数学模型,构建了导弹数字仿真环境;建立各种干扰环节的数学模型,并将扰动模型代入导弹仿真环境中进行单项和综合影响仿真分析。分析结果认为导弹陀螺零位、发动机推力偏心、导弹发射方式、直升机旋翼下洗流场等因素的影响是显著的,特别是在这些因素的综合影响下,初始弹道将出现很大的偏离。提出了消除或减小各种因素影响的途径,并进行了仿真验证,结果证明是可行的。

基于Fluent/Simulink的水下发射系统发射阀流场数值仿真

发射阀是水下鱼雷发射系统的重要部件,其流量特性决定了鱼雷发射内弹道及相关的发射系统瞬态特性。为研究发射阀内部流场规律,提出了基于可压缩流体力学控制方程描述发射阀处流体流动和1D常微分方程描述气瓶与气缸热力学特性,采用商用计算流体力学软件FLUENT和1D仿真软件Simulink联合仿真的方法对发射阀的内部流场进行了数值模拟。由数值计算得到的发射阀质量流率与解析结果具有很好的一致性,从1个侧面验证了计算流体动力学(CFD)模型的正确性。所获得的数值模拟结果可为进一步研究水下鱼雷发射气动系统的流致振动与气动噪声等特性提供参考。

潜艇武器发射系统发射控制阀三维流场数值仿真

发射控制阀是水下鱼雷发射系统的重要部件,其流量特性决定了鱼雷发射内弹道及相关的发射系统瞬态特性。基于可压缩流体力学控制方程和kε-湍流模型,运用商用计算流体力学软件F luent对发射控制阀的内部流场进行了数值模拟,得到了控制阀内部流场规律。所获得的数值模拟结果可为进一步研究水下武器发射气动系统的振动与噪声特性提供参考。

装药参数对水下机枪密封式膛口流场影响的数值分析

为了研究装药参数变化对水下机枪密封式发射膛口流场特性的影响,建立了水下机枪密封式发射的数学物理模型。运用流体力学计算软件Fluent,结合用户自定义函数和动网格技术,针对12.7 mm滑膛式机枪,分别采用15.5 g、13.0 g和11.0 g装药量对其水下密封式发射膛口流场进行了数值模拟。计算结果表明:不同装药量条件下,水下机枪密封式发射时,在弹头飞离膛口截面的过程中,水对弹前初始空气和弹头轴向运动的阻碍较大,导致弹头减速、火药燃气在弹后空间聚集、膛口燃气压力升高,而火药燃气形成射流后的喷射压力衰减遵循指数衰减规律;膛口射流形态受弹头速度和燃气喷射压力的耦合影响,均逐渐由梯形空腔转变为葫芦状空腔,且射流的轴向最大位移遵循指数衰减规律,马赫盘的初步形成时间也基本一致;随着弹头初速和燃气初始喷射压力的降低,火药燃气在射流头部聚集且径向扩展明显,并伴随形成二次射流,而弹底对马赫盘形状的影响时间缩短,激波核心区结构也更快地接近于正激波。因此可见,装药量对膛口流场分布的影响具有一定的规律性。

不同导流型面对燃气流场的影响研究

导弹垂直热发射过程中,高温高速燃气射流会对周围结构产生强烈的冲击烧蚀,影响发射系统的稳定性和安全性。排导技术是实现箱式垂直热发射的关键技术之一。作为影响反喷流产生的上游机构,导流器的几何结构直接影响燃气流的排导效率和发射系统的通用性。基于计算流体力学方法,研究了不同型面导流器对燃气流排导和发射箱内环境的影响。建立了某箱式双联装垂直热发射系统三维流场模型并进行了网格划分,对网格无关性进行了验证;利用缩比实验验证了计算模型的有效性。结果表明,与斜平面导流器相比,圆弧型导流器对燃气流向上排导起抑制作用,在燃气流冲击下其压强和温度更低;圆弧型导流器中反喷现象减弱,发射箱内热环境有所改善,弹体结构受到的热冲击更低。

水下武器弹道流场数值仿真

建立水下武器发射管内部流场模型,利用Fluent软件的动网格技术对其流场进行数值计算,实现武器水下发射的内弹道仿真,为精确描述武器水下发射的管内过程提供了一种新的方法。

弹道枪不同水深下全淹没式发射膛口流场的数值分析

为了解弹道枪水下全淹没发射时,水深对膛口流场演化特性的影响,建立了二维轴对称非稳态膛口流场模型。采用流体体积函数多相流模型、标准k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,结合动网格及用户自定义函数技术,对水下全淹没发射膛口流场演变全过程进行了数值模拟。搭建了弹道枪水下可视化射击实验平台,对12.7 mm口径弹道枪在水中全淹没式发射时膛口流场演化过程进行了观测,并验证了数值模型的合理性。在此基础上,对比了不同水深下(h=1~100 m)膛口流场的演化特性。通过对比发现:在不同水深条件下,在膛口流场影响范围内,弹丸膛外行程随时间的变化均满足指数函数规律;水越深,膛口流场典型波系结构形成所需时间越长,且燃气在膛口轴向马赫盘处的温度和压力峰值越低,压力振荡幅度也越小,更快趋于平稳,但在径向上,水越深,压力振荡持续时间越长。

火炮在不同介质中发射的膛口流场特性分析

为研究水下炮密封式发射膛口流场及在不同介质中的膛口流场分布特性,建立了水下密封式发射二维轴对称膛口多相流数值模型。采用VOF(volume of fluid)模型、标准k-ε湍流模型,结合用户自定义函数及动网格技术,分别对水下密封式发射与空气中发射膛口流场演化过程进行了数值模拟与对比。计算结果表明,火炮在水下发射时的膛口流场与空气中发射时有明显差异。水下密封式发射时的最大膛压与空气中基本相同,弹丸初速较空气中发射降低了32 m/s,而膛口压力与温度有明显的升高;水下密封式发射时大约在140μs初步形成马赫盘,而空气中发射时马赫盘形成较晚,约在320μs;与空气中发射相比,水下发射时的激波核心区面积更小,且弹丸头部不存在冠状冲击波。水下密封式发射时,马赫盘距离膛口轴向位移随时间变化呈指数增长;空气中发射时,马赫盘距离膛口轴向位移随时间变化呈线性增长。

枪口压力对水下发射膛口流场特性的影响

为了研究机枪水下发射枪口燃气喷射压力对膛口流场分布特性的影响,基于流体计算软件FLUENT,采用结构化网格并结合动网格技术,建立了水下枪膛口流场二维轴对称仿真模型,针对14.5 mm水下枪,分别采用30 MPa、45 MPa和60 MPa燃气喷射压力对水下密封式发射膛口流场进行了数值模拟。计算结果表明:3种枪口喷射压力条件下,火药燃气喷出膛口后都迅速形成射流膨胀区,膛口轴向压力急剧衰减,燃气扩展过程中受到水和弹丸的较大阻力,在弹后空间聚集,使得压力有不同程度的升高;燃气喷射压力在30~60 MPa范围内,膛口马赫盘初步形成的时间略有不同,约在145~152μs之间,压力越小时,马赫盘形成越早且弹丸越早脱离火药燃气的包围;3种压力条件下马赫盘距离膛口中心位置随时间的变化都呈指数分布规律。