稠密大气层内火箭头罩动态分离过程数值模拟

利用弹簧近似和网格局部重构相结合的非结构动网格技术,耦合求解Euler方程及6DOF弹道方程,时间方向采用四步Runge-Kutta方法,空间方向采用改进的Barth和Jespersen通量限制器的通量矢量分裂方法,数值模拟稠密大气层内、超声速飞行状态下、内部有冲压发动机的火箭头罩分离动力学过程.研究结果表明,头罩开启过程中,高动压会产生严重的气动力扰动;头罩脱离火箭进入自由飞行状态以后,分离过程中气动力比惯性力大几个数量级,导致头罩的运动特性完全由气动力控制,姿态变化剧烈,分离存在很大风险;采用质心后移分离方案可行.     

基于嵌套网格的超声速子母弹分离数值分析

为研究超声速下子母弹分离流场和气动特性,采用嵌套网格技术和有限体积法离散求解三维黏性可压缩流的Navier-Stokes方程,同时建立6自由度刚体的运动学方程与动力学方程。将6自由度刚体运动与计算流体力学耦合,数值模拟超声速下子母弹分离过程,研究子母弹分离过程的流场特性和子弹初始分离状态（如子母弹初始分离时子弹飞行速度及其初始姿态角等）对其分离过程的影响。结果表明：嵌套网格技术可以很好地模拟超声速下子母弹分离的复杂干扰流场;超声速条件下,子弹脱开母弹时的飞行速度和子母弹初始分离速度越大,分离攻角越小,各个弹体之间可以更安全快速地分离。     

基于非结构网格的格栅舵导弹数值模拟计算

格栅舵由小弦长的边框及其内部交叉放置的细薄格栅壁构成。作为一种新型的升力面,格栅舵具有失速攻角大、铰链力矩小等优点。本文采用非结构网格、利用商业软件CFX对亚／超声速条件下格栅舵导弹三维绕流流场进行了数值模拟,并与现有试验数据进行对比分析,符合程度较好。     

基于动态嵌套网格的非定常气动力数值模拟

在惯性系下耦合求解非定常N-S方程和六自由度刚体动力学方程,对含有运动边界的复杂非定常流场进行了数值模拟,计算中采用动态嵌套网格技术,双时间方法结合Runge-Kutta显式时间推进进行数值求解。作为应用实例,数值模拟了矩形机翼刚性谐和振动以及外挂物投放的复杂非定常流场,计算结果同实验数据吻合较好,表明了数值方法的正确性和有效性。     

超声速流场中子母弹分离与子弹姿态变化规律的数值模拟

为研究超声速流场中子母弹在抛撒子弹的过程中子弹的姿态运动,在用动网格技术模拟子弹的运动过程中,利用嵌套网格连接背景网格和运动的部件网格,求解k-ω湍流输运方程,同时耦合了6DOF运动方程。对弹舱靠前和弹舱靠后2种子母弹结构进行了数值模拟,结果表明:弹舱位于前部,子弹在弹射过程中受到母弹激波的影响,姿态变化较大; 弹舱位于后部,中间位置对称分布的子弹在抛撒过程中由于受到子弹激波和不对称压力场的作用,姿态会发生不对称的变化。     

基于结构重叠网格的栅格翼导弹流场数值仿真

采用结构重叠网格方法对栅格翼导弹的粘性流场进行了数值仿真计算,相对于单一结构网格而言,该方法不但降低了网格生成难度,提高了网格质量,而且大幅度降低了网格数量,计算结果表明该方法是可靠有效的。     

基于动态结构重叠网格的三维外挂物分离的数值模拟

在动态结构重叠网格技术的基础上,提出了"相邻格点搜索法"来进行洞边界的确定和贡献单元的搜寻,将传统的三维搜索转化为准一维搜索,大幅度提高了搜索效率,并对外挂物分离的非定常流场进行了数值模拟,计算结果与试验数据符合良好,说明本文的外挂物分离数值模拟方法是正确的、高效的,在工程实际应用中是可行的.     

基于动态嵌套网格技术的机载武器投放研究

为研究机载武器投放过程中机、弹气动干扰特性及航弹运动规律,采用计算流体力学(CFD)方法对机载武器投放过程进行数值模拟。结合刚体六自由度运动方程,通过动态嵌套网格技术模拟航弹运动,在求解非定常Euler方程时引入广义极小残余方法(GMRES),成功模拟了基于察/打一体无人机平台的航弹自由投放过程,获得了详细的包括弹体运动速度、空间轨迹和受力情况等在内的丰富的运动信息。通过算例,验证了本文发展方法的有效性和合理性。计算结果表明:投放过程中,载机气动力受航弹影响较小,而航弹受载机气动干扰影响较大;航弹所受的气动干扰主要来自投放初期,随着弹体的下落和距载机距离的增加,气动干扰影响逐渐渐弱。     

复杂结构火箭发射药非稳态温度场的数值模拟

对火箭发动机（包含发射药）的非稳态温度场进行数值模拟是确定火箭发射药实时温度的一种有效方法。论文首先建立了某火箭发动机传热的数理模型。鉴于发射药由7根药柱构成,结构复杂,无法在结构化网格基础上求出待求区域的温度场,因此,采用三角形非结构化网格并推导出计算区域内各节点的离散方程。编制程序,以数值计算方法求出发射药的温度场。结果表明,各特征点温度的计算值与实测值均吻合较好。因此,采用论文方法能正确模拟上述复杂结构火箭发射药的非稳态温度场。     

风洞洞壁干扰数值模拟研究

风洞实验在飞行器研制过程中起着非常重要的作用,但是风洞洞壁的存在对飞行器的气动特性产生了显著的干扰影响,有必要对洞壁干扰做相关研究.针对风洞实验的特点,发展基于"风洞洞壁静压监测反馈调节系统"的数值模拟方法,通过该调节系统使风洞的数值模拟状态达到风洞实验的目标状态,并利用该调节系统对后掠机翼的风洞实验进行数值模拟,将数值模拟结果与实验数据进行对比,对比结果验证了该反馈调节系统的可行性及数值方法的可靠性.此外,利用嵌套网格技术对不同攻角的后掠机翼风洞实验进行数值模拟,并将计算结果与自由来流状态下的计算结果进行对比,研究并分析了风洞洞壁对亚声速及跨声速风洞实验的干扰影响.结果表明,在亚声速情况下,风洞洞壁对流场的影响较小,而对于跨声速流动,洞壁干扰影响较强,激波位置向后移动,且移动幅度较大.     

三维非结构运动网格的生成

采用Delaunay方法生成三维非结构网格,并对生成的网格进行了优化.采用局部剖分的方法来保证边界的完整性,不需要添加新的节点到原始表面三角形中.对于由于物体运动而产生变形的网格单元,用局部网格重新生成的方法来处理.     

舰炮制导炮弹弹托分离过程非定常流场数值模拟

为了研究次口径舰炮制导炮弹弹托与炮弹的分离安全性及分离过程中的气动干扰,采用基于动网格技术的非定常CFD数值模拟方法,同时耦合求解弹托六自由度弹道方程,对弹托与炮弹的分离过程进行了模拟计算.给出了分离过程中炮弹和弹托各自的气动特性,及弹托分离轨迹和姿态角变化规律,分析了弹托与弹体间的气动干扰特性.结果表明,弹托能够与炮弹安全分离,在分离初期炮弹和弹托之间存在显著的气动干扰,分离一定距离后弹托对炮弹的气动干扰消失.文中为次口径舰炮的弹托分离技术研究提供了数据支撑和理论依据.     

结构网格在数值仿真中的应用

本文主要讨论FLUENT软件在数值仿真中网格类型和计算模型对仿真结果的影响，在分析湍流模型对计算网格要求的基础上．提出数值仿真计算中结构网格划分技巧。并且通过实例对此方法进行了具体说明。     

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。     

弹箭外部绕流数值仿真中网格的选择

讨论了结构网格和非结构网格在弹箭外流场数值仿真中的特点，提出了弹箭外部绕流数值仿真中选择网格的三点原则。以某火箭弹外部绕流数值仿真为例。对比了采用结构网格和非结构网格进行仿真时的内存占有量、CPU时间以及计算精度，其结果分析对弹箭外部绕流数值仿真中网格的选择具有一定的指导意义。     

基于动网格CFD技术的膛口弹前激波流场数值模拟

针对数值模拟弹丸膛内加速运动造成的网格变化,采用分块网格划分的整体运动处理方法和基于动态层变方法的结构动网格技术,保证了数值网格的质量。模拟弹丸膛内运动的弹前激波流场,并描述了激波流场的形成,发展过程,实现了含运动弹丸的膛口激波流场模拟。数值计算结果与实验照片进行对比,弹前激波流场的形状和位置能较好吻合,表明数值模拟方法是合理可行的。     

基于动网格的炮口制退器两相流场数值模拟

为较准确地研究火炮发射时高温高压高速的燃气射流经由炮口制退器的流场,对基于动网格的炮口制退 器两相流场进行数值模拟。利用FLUENT 软件,采用光顺和重构的非结构动网格更新方法,使用结构非结构混合网 格技术,建立炮口制退器的流场模型,对弹丸飞出炮口制退器过程中的膛口流场进行数值模拟,并对比分析了燃气 射流中的固相颗粒与气相耦合的两相流场和单纯气相流场对炮口制退器的影响。计算结果表明：考虑了两相的流场 与单纯气相流场在压强分布上存在明显的区别,可为后续炮口制退器的结构设计与优化研究提供一定的参考。     

超声速下栅格舵展开过程数值模拟

栅格舵从折叠到展开的过程中气动特性变化剧烈,对展开可靠性和导弹整体气动特性的影响都比较大。针对栅格舵这种复杂的构造形式,生成了带有棱柱层的非结构网格,再结合重叠网格技术对栅格舵导弹超声速绕流流场进行了数值模拟,计算结果与风洞试验结果吻合较好。在此基础上,对超声速下栅格舵动态展开过程的非定常流场进行了数值模拟,分析了栅格舵导弹动态气动特性的变化规律。     

基于动网格的某驻退机三维流场数值模拟与分析

在后坐运动过程中,火炮驻退机液体的流动状态非常复杂,精确地计算液压阻力非常困难。根据驻退机结构建立了三维非定常流动模型,求解三维瞬时Navier-Stokes方程。在实际建模时,以驻退机的内表面为流场的固壁边界,采用动网格技术模拟驻退杆和活塞的运动。通过流体动力学软件对驻退机内部三维流场进行了数值模拟,较为精确地计算出流场分布及后坐液压阻力。该三维非定常流场数值模拟方法可以较精确计算驻退机液压阻力,并为驻退机设计和优化提供参考。     

一种非轴对称装药结构高速成型弹丸形成数值模拟

提出了一种非轴对称成型装药结构,研究一种水滴状的高速成型弹丸,采用LS-DYNA动力学分析软件对成型过程进行了数值模拟,并与常规轴对称成型装药在多点起爆下形成高速成型弹丸进行了对比分析。结果表明:本文提出的非轴对称装药结构形成的高速成型弹丸头部速度达到了3 400m/s,较常规成型装药提高了16%以上,且可获得水滴状的高速成型弹丸,对目标具有更大的侵彻能力。研究结果可为新型成型装药结构的设计提供参考。