无网格算法在膛口流场数值模拟中的应用

采用无网格算法对二维非定常膛口流场进行了数值模拟.将膛口计算域进行点云离散,采用曲线拟合计算传播导数,用HLLC格式计算数值通量,运用龙格库塔法时间推进,得到了一系列随时间顺序的数值计算结果,描述了膛口流场的形成发展过程,清楚地显示了流场波系结构的变化并对其进行了分析.计算结果与文献及实验结果相符,表明该数值计算方法可...     

低压环境下膛口冲击波实验研究

为了解低压环境下膛口冲击波的传播特性,进行了低压环境下膛口冲击波的压力测试实验。通过低压舱配合抽真空装置实现低压环境,设计膛口冲击波压力测试系统,测得海拔12 km内7个高度对应压力下膛外多点处的压力曲线。实验结果表明：低压环境下冲击波场在膛口的分布规律与常压环境下一致;膛口冲击波强度随环境压力的降低近似呈线性减小,10 km高空的膛口冲击波强度仅为地面膛口冲击波强度的一半。研究结果对高空环境下膛口流场控制具有参考意义。     

含高速运动弹丸的膛口二次燃烧并行数值模拟

采用多组分ALE方程时含有高速运动弹丸的膛口二次燃烧流场进行了数值模拟.采用网格局部重构的动网格技术处理了动边界引起的网格变化,对流项和化学反应项分别用HLLC格式和基元反应模型进行处理,在多台PC机组成的集群并行系统中,基于域分解的思想对膛口二次燃烧流场进行了数值计算.结果表明,基于网格结构重构的非结构动网格技术能够描述运动弹丸对膛口流场结构和性质的影响,分区并行算法提高了计算速度.     

基于动网格技术的膛口流场数值模拟

膛口冲击流场作用时间短,且有炮口焰和炮口烟的存在而对记录仪器有一定的不可见性.因此要通过试验手段获得该流场的发展规律较为困难.数值模拟是获得流场发展规律的有效途径.采用二维轴对称Navier-Stokes方程结合标准k-ε湍流模型建立了膛口流场模型.应用分层动网格技术对弹丸运动情况进行描述.通过数值仿真得到了清晰的膛口初始流场和膛口流场的数值分布,并对初始膛口流场和膛口流场的变化规律进行了讨论和分析,对膛口气流流动研究具有指导意义.     

高压气体发射装置内弹道特性及膛口流场分析

根据非定常可压缩流动的Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,基于计算流体力学分析软件,采用动网格技术,对弹丸在气室高压气体作用下的运动规律及其流场特性进行了仿真。主要研究了4种不同气室初始气压下膛内平均压力、弹底压力、气室底部压力、弹丸运动参数的变化规律,进一步分析了在气室初压为2.5 MPa下不同时刻马赫数等值线的变化规律。研究结果表明：膛内气流存在振荡现象,气室底部压力、弹底压力变化具有波动性;气室初始气压的大小影响气室底部压力、弹底压力振荡幅度及弹丸出炮口速度;弹丸在管内运动速度及运动时间随距离变化的关系均近似抛物线分布。     

航炮吊舱偏流装置的膛口流场数值模拟

为减小安装于机翼下的吊舱航炮膛口流场对机翼的危害,根据国外先进的航炮吊舱偏流装置结构,设计了一种带斜切角的航炮吊舱偏流装置,基于三维Euler方程并结合流体力学计算软件,应用重叠网格技术,分别对有、无偏流装置时的膛口流场进行了数值仿真,其中在有偏流装置的情况下,分别对斜切角为0°,30°,60° 3种斜切角度的偏流装置膛口流场进行了仿真分析,主要研究了在不同斜切角度偏流装置下的非对称流场结构对机翼产生的危害。研究结果表明,此偏流装置将对称性流场变为了非对称流场,能有效降低火药燃气对机翼的冲击和灼伤,并且随着偏流装置斜切角的增大,效果越明显,起到了降低火药燃气的对机翼危害的作用。同时,通过对弹丸侧向速度的计算,得到了弹丸的侧向速度增量,弹丸的侧向速度主要由偏流装置的偏心结构和斜切角引起,随着斜切角的增大,弹丸侧向速度增量有先减小后增大的趋势,选择合适的斜切角能使弹丸侧向速度增量最小,保证了射击精度。     

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。     

内埋式航炮膛口流场特性数值模拟研究

为研究飞行速度对内埋式航炮膛口流场特性的影响,基于Navier-Stokes方程和k-ε湍流模型,采用Roe格式分别对4种飞行速度条件下的菱形机翼中内埋航炮膛口流场发展过程进行了数值模拟,对比分析了静止条件和超音速飞行状态下膛口流场的基本特征以及冲击波强度变化关系。结果表明：超音速飞行时形成由火药燃气冲击波、分离激波、滑移面等波系构成的膛口流场结构;在一定飞行速度范围内分离激波尺寸与来流马赫数正相关;膛口附近冲击波超压峰值变化与飞行马赫数有关。     

膛口初始流场对火药燃气流场影响的数值研究

枪炮发射时,身管内被弹丸压缩的空气柱喷出膛口后形成初始流场,它对后续火药燃气流场的发展及弹丸的运动产生很大影响,甚至会降低射击精度。因而,研究初始流场对火药燃气流场的影响机理对于武器设计具有重要的意义。基于ALE方程的有限体积方法,利用AUSM+格式和分区结构化贴体网格对含有复杂形状弹丸的膛口流场进行了数值模拟。根据数值结果绘制的计算阴影图与实验阴影照片符合较好。分别计算了有、无初始流场两种条件下的流场发展过程,详细比较讨论了它们的流场结构与参数特征。结果表明枪炮发射时,身管内被弹丸压缩的空气柱喷出膛口后形成初始流场,它对后续火药燃气流场的发展及弹丸的运动产生很大影响,甚至会降低射击精度。因而,研究初始流场对火药燃气流场的影响机理对于武器设计具有重要的意义。基于ALE方程的有限体积方法,利用AUSM+格式和分区结构化贴体网格对含有复杂形状弹丸的膛口流场进行了数值模拟。根据数值结果绘制的计算阴影图与实验阴影照片符合较好。分别计算了有、无初始流场两种条件下的流场发展过程,详细比较讨论了它们的流场结构与参数特征。结果表明初始流场的存在是火药燃气流场形成冠状冲击波的必要条件。同时,含有初始流场条件下的近膛口区域最大滞止压力相对于无初始流场条件增加了2倍以上。     

一种炮口火焰的测试方法研究

为了更加精确地表征炮口火焰的强度,用CCD( charge-coupled device)高速摄像机拍摄了30 mm火炮用发射药A和B,及硝胺发射药C的炮口火焰.用Image-Pro Plus6.0图像处理软件处理了实验图像,得火焰面积、火焰最大直径、火焰平均直径、火焰平均周长和积分光密度(IOD).用Wien公式计算...     

化学反应流模拟的并行无网格方法

为进一步扩大无网格方法在复杂化学反应流场模拟中的计算规模,基于MPI(Message Passing Interface)并行环境,发展了耦合有限速率反应模型的并行无网格算法,其流体动力学采用包含反应源项的二维轴对称Euler方程建模,对流通量采用多组分HLLC(Harten Lax van Leer contact)格式计算,时间项运用4阶Runge Kutta法显式推进。分别采用2~8个进程对激波诱导燃烧流场以及高速运动弹丸诱导斜爆轰流场进行了数值模拟,其结果同实验以及网格方法获得的结果吻合较好,并且具有较理想的并行效率,验证了其在复杂化学反应流大规模计算中应用的正确性和有效性。     

利用转速测试弹丸炮口速度的方法研究

介绍了一种利用转速测试弹丸炮口速度的方法。地磁传感器与测试电路安装在弹丸或引信里,当弹丸发射、地磁传感器的线圈随弹丸旋转时,线圈切割磁力线而产生周期性感应电动势。测试电路采集到感应电动势信号并存储于电路内部的存储器里。在实弹测试回收测试电路后读取存储器里的数据,可以得到弹丸在炮口处的转速值,结合火炮的炮口缠度可以计量或计算出弹丸在炮口的初速值。经过实弹测试验证,该测试方法可测量炮口处弹丸的速度。     

带膛口助旋制退器的转管机枪动力学建模与仿真

基于气体动力学理论,建立了转管机枪膛口助旋制退器的气体动力学数值模型,以此计算了助旋制退器的助旋力和制退力。通过改变助旋制退器沿枪管轴线的纵向尺寸,分析了助旋力和制退力随管道腔长度的变化规律。结合内能源转管机枪发射动力学模型,分别对未安装和安装有不同长度的膛口助旋制退装置的转管机枪系统进行了动力学仿真。仿真结果表明,在一定范围内增大助旋器管道腔沿枪管轴线长度可以有效地增加助旋力和制退力。安装膛口助旋制退器,能够实现对内能源转管机枪射频的有效提升。