底部排气圆柱体模型尾部流场的数值模拟

为研究底部冷排气的圆柱体模型的底部压力和尾部流场特性,采用有限体积法编程求解二维轴对称NavierStokes方程,对来流马赫数为2.47的底部排气圆柱体模型尾部流场进行数值模拟,并与实验进行对比。模型底部压力和尾部轴向速度场随排气参数的变化规律和实验吻合。分析了底排尾部流场中大、小回流区随排气参数的变化情况,以及底排气体出喷口后的流动规律。结果表明:在小排气参数时,底排气体出喷口后立即转向进入剪切层,底压迅速增加;随着排气参数增大,在喷口和底部拐角之间出现小的环状回流区,并不断增大,使底压增长率减小。研究结果可为进一步提高底排增压减阻效率提供参考。     

瞬态泄压条件下不同喷口结构的底部排气弹尾部流场特性

为了分析底部排气（简称底排）弹出膛口时,底排燃烧室瞬态泄压过程中喷口结构对底排弹尾部流场特性的影响,采用改进的对流迎风矢通量分裂（AUSM+）格式、SST k-ω湍流模型,编程求解二维轴对称Navier-Stokes方程。通过数值模拟方法研究环型喷口和圆孔型喷口底排弹尾部流场结构和特征参数变化,对比分析了不同喷口尺寸下的底排弹尾部流场特性。计算结果表明：在泄压过程中,圆孔型喷口尾部流场由高度欠膨胀射流发展为亚音速射流,而环型喷口尾部流场由高度欠膨胀环状射流在中心轴线上挤压形成中心射流后,再发展为亚音速环状射流;环型喷口在泄压后期有效削弱船尾拐角处的膨胀波,流线更为平滑;在泄压中后期,环型喷口底部平均静压和平均静温更高,增压减阻效果更好;同种喷孔排气面积比越大,降压速率越快,压力回升过程越慢,但排气面积比对泄压过程末态流场参数影响较小。     

环境压力降低对底排二次燃烧影响的数值模拟

为了揭示高空低压环境下底排减阻率减小的机理,建立底排装置尾部流场的化学非平衡流数学物理模型。其中二次燃烧模型采用10组分25步反应的H₂-CO燃烧模型,运用统一算法的思路编程求解二维轴对称方程组,对底排尾部流场进行数值模拟。模拟结果和实验进行对比验证,基本吻合。在此基础上,对底排尾部流场以及燃烧特性进行数值预测,研究环境压力降低对底排尾部二次燃烧的影响。结果表明：二次燃烧对底部加能的贡献是热排气的6.4倍,是底排加能减阻的关键;随着环境压力的降低,模型尾部的环状回流区内H₂的燃烧效率逐渐降低,中间产物H逐渐增多,燃烧逐渐变得不充分,导致底排减阻率明显下降。     

瞬态泄压过程中二次燃烧对底排装置尾部流场影响的数值分析

为了研究瞬态泄压过程中二次燃烧对底排弹尾部加能的影响,建立了底排装置瞬态泄压过程中尾部化学非平衡流的数学物理模型。采用对流迎风矢通量分裂格式(AUSM+)的改进格式、切应力运输湍流模型SST k-ω模型和8组分12步反应的H2─CO反应动力学机理,运用统一算法的思路编程求解二维轴对称Navier-Stokes方程,对尾部流场进行数值模拟,得到泄压过程中底排燃烧室压力随时间的变化规律,模拟结果和文献实验结果基本吻合。在此基础上对泄压过程中有无二次燃烧两种条件下的尾部流场进行数值预测,分析了泄压过程中底排装置尾部流场特征参数随时间的变化规律。结果表明,泄压过程前期,二次燃烧对尾部流场影响较小。而在泄压中后期,二次燃烧对尾部流场影响较大,此时,尾部流场特征参数更快趋于稳定,且二次燃烧使尾部流场温度提高,加能效果显著,底压增大,底排弹底阻明显减小,减阻率比不含二次燃烧的减阻率提高了75%。     

某底排弹底排装置工作期间内部流场的数值模拟

基于均相流理论和固体火箭发动机原理建立了底排装置一维非定常内弹道模型。采用底排内弹道和修正质点外弹道耦合计算的方法对某155mm底排弹底排装置工作期间的内部流场和外弹道进行了数值模拟。得到了底排装置内压力、温度、密度和速度沿燃气通道轴向分布情况及喷口处的变化规律。计算结果表明,底排装置内的最高温度约为1944K,最大速度约65m.s-1;计算的底排工作时间为24s,增程率约为30%,与实际射击试验平均值吻合较好。     

底排推进剂瞬态泄压工况下燃烧流场特性的数值模拟

针对底排弹出炮口泄压瞬间燃烧失稳问题,建立了AP/HTPB底排推进剂燃烧流场的二维轴对称非稳态模型,通过数值模拟获取了底排模拟装置在瞬态泄压工况下的流场特性。结果表明: 在泄压过程中,燃烧室内压力、密度和温度沿轴向迅速下降,速度沿轴线迅速升高,且各流动参数的变化梯度逐渐减小;底排推进剂燃气的加入导致燃烧室内密度沿径向降低,而温度沿径向升高;燃烧室内压力随时间变化的计算值与实测值吻合较好。     

侧喷试验中喷口与模型间缝隙影响的数值研究

文中通过求解三维可压缩N-S方程,对超声速侧向单喷流干扰流场进行了数值模拟,验证了侧向喷流复杂流场数值模拟方法的可靠性.以此为基础,针对侧向喷流间接模拟风洞实验中喷口与模型存在缝隙的导弹外形,开展了数值模拟研究,分析了通气缝隙和不通气缝隙的流场结构.计算结果显示,缝隙通气与否对缝隙内的流动有明显影响,而对喷流干扰流场的影响比较小.     

超声速流动中底部排气减阻的数值研究

为了研究超声速流动中底部排气减阻特性,采用高精度的AUSMPW+迎风格式、k-ω SST湍流模型、8组分12反应化学动力学模型、二阶矩湍流燃烧模型耦合求解三维带化学反应的Navier-Stokes方程。在数值方法的有效性和可靠性经过验证后,对超声速流动底部排真实气体流场进行了数值模拟。计算结果表明：随着排气参数的增大,底压比将先增大后减小,然后再增大;当排气参数较小时,底压比基本不随排气面积的改变而改变。当排气参数较大时,底压比随着排气面积的增大而增大;在最佳排气减阻区内,提高排气总温对提高底压比是有利的;底部排气中富燃气体含量越高,则二次燃烧越强,有利于提高底压比。研究结果可为底部排气弹工程应用提供参考。     

弹丸底排—侧喷干扰流场数值模拟

应用隐式有限体积 TVD 格式数值模拟了弹丸底排流-侧喷流共同干扰流场,研究了底排流动对于弹丸侧喷干扰流场的影响,分析了弹丸底排-侧喷共同干扰流场的特性,表明底排流具有添质加能和引射两种相反的作用,发现底排流减弱了侧喷流对弹底流动的影响,研究结果对于底排-火箭复合增程技术具有重要的参考价值。     

弹丸底排-侧喷干扰流场数值模拟

应用隐式有限体积TVD格式数值模拟了弹丸底排流-侧喷流共同干扰流场,研究了底排流动对于弹丸侧喷干扰流场的影响,分析了弹丸底排-侧喷共同干扰流场的特性,表明底排流具有添质加能和引射两种相反的作用,发现底排流减弱了侧喷流对弹底流动的影响,研究结果对于底排-火箭复合增程技术具有重要的参考价值.     

底排点火具射流特性对点火延迟时间的影响

为了研究底排点火具射流特性对底排药柱点火延迟的影响,基于一种两相流点火理论模型和一定的假设条件,针对某155 mm底排弹出膛口后的二次点火过程及点火射流特点,就底排点火具的两相射流点火过程进行了数值模拟.计算得到了点火软化和延迟时间,给出了底排药柱着火燃烧前的径向温度分布情况,分析了点火射流温度、固相颗粒直径、颗粒相浓度参数变化对点火软化时间和点火延迟时间的影响,研究结果对指导点火具和底排药柱的改进设计具有参考价值.     

底排装置瞬态泄压过程数值模拟

为了研究底排弹出膛口到自由飞行阶段膛口流场发展过程以及弹丸底部参数变化,采用二维轴对称平均N-S方程和一方程S-A湍流模型研究了底排弹出膛口过程中近膛口以及底排装置内腔的流场特性。同时为了进行验证对比,研究了普通弹丸出膛口过程的近膛口流场特性,底排弹以及普通弹丸的运动通过FLUENT软件中网格的动态铺层得以实现。获得了清晰的外流场波系结构以及底排装置内腔的压力及温度的变化规律,计算结果表明,普通弹丸出膛口过程的近膛口流场波系结构与实验图片相符,证明了本文采用的数值方法的可行性,计算结果为底排装置内（燃烧室）固体燃料的非稳态燃烧过程以及固体燃料的力学性能的分析提供了丰富的数据参考,同时为膛口流场的研究提供了参考。     

排气能量对底部排气弹气动特性影响的数值模拟

远程压制武器在现代战争中的作用越发凸显,各种增程技术成为现代火炮技术研究的重要方向,而底排减阻是重要的方法之一。底排药剂燃烧产生的气体含有相对较高的能量,重点研究底排气体能量对底部排气弹气动力特性的影响。建立底排能量边界条件,采用添加人工粘性项的MacCormack差分格式求解三维Euler方程组,数值求解绕底部排气弹弹丸流场,得到底部阻力等气动力系数。分析表明,能量是影响底部排气弹气动力特性进而影响减阻增程效果的重要因素之一,在一定条件下提高底排气体温度,有利于增大弹丸射程。研究结果可为进一步研究底部排气弹减阻增程提供参考。     

一种两相流点火模型及数值模拟

底排点火具对底排药剂点火的不一致性是引起底部排气弹射程散布的重要因素之一。为了研究导致点火不一致性的因素和揭示点火机理,分析了某155 mm底部排气弹出膛口后点火具对底排药柱二次点火的过程和特点。基于气体—颗粒两相射流理论,提出了一种两相流强化点火模型。该模型综合考虑了纯燃气与两相射流耦合过程,以及固体—气体或液体—气体两相流对固体底排药的热辐射、热对流和热传导复合传热机制。针对底排装置出膛口后的二次点火过程进行了数值模拟,计算得到了底排药剂软化时间和点火延迟时间,数值模拟结果与实验结果基本吻合。该模型对固体火药类似点火过程具有普适性。     

底部排气装置快速降压过程中燃烧流动特性数值分析

为研究底部排气（简称底排）装置出炮口时发射药燃气流动特性和点火具瞬态燃烧特性,采用半密闭爆发器模拟底排弹出炮口时的快速降压过程,借助高速录像系统观测了近喷口喷焰羽流的发展行为,并以此验证数值模型的有效性。在试验基础上,采用高分辨率迎风格式AUSM⁺、两方程Realizable k-ε湍流模型和有限速率化学模型,建立了降压过程中发射药燃气与点火具燃烧射流相互作用的二维轴对称模型,并以基于内节点的有限体积法进行数值模拟,分析了底排装置降压过程中两股高温燃气射流的耦合特性。结果表明：底排装置降压过程中,喷焰羽流由超音速强欠膨胀射流逐渐转变为亚音速流动,波系结构经历马赫反射到规则反射的转变,形成周期性钻石型激波和菱形火焰串,最终变成连续火焰;喷焰羽流变成亚音速流动后,底排装置内点火具火焰下游处径向热对流和热扩散比上游更强烈,底排药柱下端温度最高,首先复燃。