水下高速射弹超空泡形态与阻力特性研究

基于Rayleigh-Plesset方程的单一介质可变密度混合模型,建立了自然空化流动的多相流模型,利用软件Fluent6.0对水下高速射弹空泡流动进行了数值模拟,计算了4种射弹模型在高速运动下的超空泡形态以及阻力系数,分析了射弹空化器直径、长细比和空化敷等对射弹超空泡几何形态以及阻力特性的影响.仿真结果表明,随着空化数的增加,超空泡直径与长度减小;空化器直径对射弹阻力特性的影响显著;增加航行体的长细比,可以获得更小的阻力系数.     

水下超空泡高速射弹数值分析与试验

利用Fluent软件对水下超空泡高速射弹流场超空泡特性、尾拍、水下有效射程进行了分析,并进行了试验验证。在此基础上展望了超空泡技术应用于水下高速射弹的前景。     

高速射弹表面超空泡形成特性的数值计算分析

基于均质平衡多相流理论,建立了水下高速射弹超空泡形成过程的数理模型,对12.7 mm口径射弹进行了水下射击试验,验证了模型的合理性。对不同速度的76 mm射弹进行了数值模拟。结果表明:在弹丸表面,沿轴线各点依次产生空化现象,但在弹丸头部区域内各点水蒸气含量呈线性增加;在弹丸圆柱部区域,各点水蒸气含量先快速上升至0.3～0.4,随后维持平台期,再快速上升。射弹速度越快,平台期越短,超空泡形成得越快,超空泡形成时间满足指数型变化规律。在弹丸头部,空泡发展速率由快速的线性衰减阶段过渡到近似呈缓慢线性衰减的阶段。射弹速度越快,空泡发展速率越高,第一阶段中衰减得越快,衰减幅度也越大,而第二阶段中的衰减速度几乎不变。在弹丸圆柱部,空泡发展速率的变化分为快速衰减阶段与缓慢衰减阶段。射弹速度越快,空泡发展速率越高,第二阶段中衰减得也越快。弹丸表面摩擦阻力系数变化特性与弹丸圆柱部空化特性相对应。弹丸速度越快,阻力系数衰减越快,达到稳定时的值也越小;当速度高于1 100 m/s后,阻力系数达到稳定的时间几乎不变,达到稳定时的数值变化也不大。     

水下高速射弹空泡形态与阻力特性研究

试验研究射弹在水下带空泡高速运动存在诸多限制,为了获得水下高速射弹的空泡形态和阻力系数的变化规律,分别采用CFD仿真软件和应用基于空泡截面独立扩张原理建立的公式来研究水下高速射弹的空泡形态及阻力特性。研究结果表明,仿真计算结果与公式计算结果吻合良好;随着空化数的减小,空泡的相对长度、相对直径和长细比都在增大;在小空化数下,空泡前部形态基本不变,阻力系数主要为压差阻力系数,其值基本不变。提出了水下高速射弹外形设计步骤：公式计算初步建立模型一仿真计算修改模型一试验确立模型,旨在为射弹的外形设计提供参考。     

细长体射弹高速水平入水研究

为研究射弹在水中航行的弹道特性,对细长体射弹高速水平入水进行了实验,并利用高速摄像机进行了自动同步拍摄,研究了超空泡的形成和发展过程,以及水箱底部2处位置在水下压力波影响下的压力变化趋势; 基于动网格技术模拟了射弹在水中的航行过程,获得了射弹质心的位移、速度、加速度、射弹的偏转角度等物理量的变化规律,通过对航行过程中空化现象的详细分析得到了射弹空化发生的部位。结果表明:由于受水压力波影响,射弹周围水域压力会出现突跃; 射弹航行过程中先在弹肩部位发生空化; 射弹航行过程中尾部在空泡内发生偏移以保证航行的稳定性。     

超空泡射弹动力学稳定性分析

运用动力学方法研究了超空泡射弹在水中的稳定性,建立了水中运动的数学模型。分析表明:细长型的弹丸外形设计加快了射弹在弹丸轴方向上运动的衰减,对弹丸在水中运动的稳定性有很大的影响,能提高弹丸水中运动的稳定性。     

水下并联超空泡射弹外弹道数值分析

为获取水下并联发射超空泡射弹的弹道特性,基于重叠网格技术、RANS方程、Schnerr-Sauer空化模型和k-ε湍流模型,对超空泡射弹的水下同步发射与异步发射工况进行了多工况数值模拟研究。通过设置不同的弹丸间距与发射时间间隔,对比分析了并联超空泡射弹水下运动的流场特性与弹道特性。研究结果表明:对于水下同步发射,弹丸内侧空泡发展受到抑制,弹丸在不对称的水动力作用下向外侧偏转,当弹丸间距增加至4D以上时,两弹丸之间几乎无干扰; 对于异步发射的先发弹丸,随着发射时间间隔的增加,其弹道偏移量先增大后减小; 对于异步发射的后发弹丸,随着发射时间间隔的增加,侧空泡扩张的抑制作用逐渐解除,并有过度膨胀的趋势,时间间隔越大,速度衰减越慢。     

水下高速射弹超空泡减阻特性研究

基于Rayleigh-Plesset单一介质可变密度混合多相流模型,利用Fluent6.2对带圆盘空化器射弹的阻力特性进行了数值研究.计算了圆盘空化器射弹的空泡形态,分析了空化器直径、空化数、射弹长径比、超空泡形态对射弹超空泡减阻特性的影响,计算了高速射弹的自然超空泡减阻率.结果表明,空化数变化对射弹的阻力特性影响不大;头部空化器直径对射弹阻力系数影响明显;在超空泡状态下,增大射弹长径比,射弹阻力系数减小;高速射弹的超空泡减阻率可达95%以上.     

超空泡射弹运动过程模拟仿真及有限元分析

利用Matlab模拟仿真弹丸在水中的运动情况,将仿真结果代入ABAQUS对弹丸进行有限元仿真,分析弹丸在水中运动时各个节点的应力变化情况,找出了弹丸在水中运动时最容易发生破坏的危险区域,该区域的强度和刚度都是在设计弹丸时应该重点考虑的部位。     

水下高速射弹超空泡流特性分析

基于Rayleigh—Plesset方程的单一介质可变密度混合模型,建立了水下高速射弹自然空化流动的多相流模型,通过商业软件Fluent自定义函数将边界条件中的来流速度改写为时间函数并嵌入到软件中,分析了射弹在水下高速运动过程中超空泡几何形态的变化规律及其阻力特性,仿真结果表明：超空泡的相对长度、相对直径以及长细比随空化数增加而减小;超空泡的长细比越大,射弹的阻力系数越小;随着射弹速度衰减,射弹总阻力系数增大。     

某型远程火箭炮训练模拟弹弹道特性研究

某型远程火箭炮采用122 mm火箭弹实弹作为训练模拟弹,由于远程火箭炮与122 mm火箭炮定向管长度的不同,导致它们的弹道特性有所差异.对两者弹丸出定向管管口附近同一位置的速度、弹道倾角和地面风修正量等弹道特性进行分析研究,得出了不能用现有122 mm火箭炮射表决定远程火箭炮训练弹射击诸元的结论.     

空心弹空气阻力特性计算与数值仿真

应用Fluent软件仿真空心弹典型设计方案简化模型的空气动力流场,得到了其阻力系数与马赫数的关系,运用Matlab软件数值求解空心弹外弹道质心运动微分方程组,得到了弹道顶点和落点诸元。将以上所得阻力系数和弹道诸元与公式计算结果进行对比表明：在来流马赫数为2.0~4.4时,无弹带结构的简化空心弹模型用两种方法所得外弹道诸元结果相差很小;弹丸头部前缘厚度在可信区间内对阻力系数影响较小,但弹带结构对阻力系数的影响较大;工程设计时,受弹带结构影响,某空心弹简化模型阻力系数计算公式不太适合于工程问题求解,此时应以数值仿真为佳。     

带微型扰流片的尾翼弹飞行弹道仿真

为了研究微型扰流片的控制机理及控制效果,以某带微型扰流片的尾翼弹为研究对象,从动力学角度分析微型扰流片动作对尾翼弹飞行弹道的影响,建立了该类弹箭的六自由度飞行动力学模型并进行了飞行弹道数值仿真;不同速度条件下扰流片对弹箭侧偏和射程的修正结果表明：在弹箭飞行过程中某一个时刻启动微型扰流片后,弹箭的飞行姿态可以发生较大的变化,从而改变其飞行轨迹,达到弹道修正的目的。     

弹道修正弹技术发展综述

炮弹在发射和飞行的过程中,受各种随机误差的影响,造成射弹散布。设法减小或控制随机误差影响、改善炮弹地面密集度,始终是常规弹箭技术研究的方向。近年来研究者另辟蹊径,发展和研究了弹道修正理论与技术,即通过对一段实测飞行弹道参数的在线误差影响辨识,后续弹道预报,并通过弹上简易机构进行弹道修正调节,实现低成本下大幅度改善炮弹地面密集度。该文综合近年来国内外部分文献资料报道,结合多年的研究经验,对弹道修正弹技术的特点、难点及其工程应用中存在的射程扩展量等作一介绍,对未来的技术发展作一展望,以期为从事这方面研究的人员提供参考。