155mm速射舰炮身管热响应分析及主动冷却系统设计
发布时间：2021-05-06 10:50
由于大口径速射舰炮在濒海作战中对岸攻击、火力支援和精确打击方面的优势,世界各军事强国均在加紧研制新型大口径舰炮武器系统,以适应未来高技术战争的需求。155mm远程精确打击舰炮,因其在费用与作战效能上的均衡性,而被认为是未来海上对陆地火力支援及远程精确打击新的标准口径舰炮。大口径舰炮武器系统,为保证其射击威力及火力连续性,必须有较高的射速。而舰炮在持续快速射击过程中,所产生高温高压火药燃气会在身管内形成脉冲式高温流动,使身管急剧加热和冷却而处于极其恶劣的环境,影响身管寿命。因此,分析身管在火药燃气热冲击作用下的热响应并对身管进行冷却,对提高身管寿命有重要意义,同时对舰炮的设计研制也有一定的指导作用。本文以155mm大口径舰炮为研究对象,对连续射击状态下的身管进行热响应分析,并在不同冷却方式冷却效能分析基础上,完成主动冷却系统结构设计。主要包括：①利用SolidWorks建立155mm舰炮身管的实体模型并作适当简化；②运用计算流体力学、传热学理论,及ANSYS-CFX软件对空气自然冷却155mm舰炮身管进行射击状态下耦合传热热响应分析；③155mm舰炮在外液冷却、内部气冷、层间水冷方式下舰...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 选题的背景与意义
1.2 国内外研究概况及发展趋势
1.2.1 火炮内弹道循环与膛内流场特性
1.2.2 火炮身管发热与热控制研究
1.3 论文研究内容
1.4 本章小结
2 传热学与计算传热学
2.1 概述
2.2 传热学简介
2.2.1 传热学基本概念
2.2.2 传热的基本方式
2.3 计算传热学及ANSYS-CFX简介
2.3.1 计算传热学及其发展
2.3.2 ANSYS-CFX、ICEM CFD简介
2.4 耦合传热
2.5 本章小结
3 流动、传热问题的数学描述及数值求解
3.1 流动与传热的控制方程
3.2 控制方程的通用形式
3.3 CFX控制方程离散——基于有限元的有限体积法
3.3.1 ANSYS-CFX网格Tri-linear插值形函数
3.3.2 控制方程离散
3.4 隐式耦合求解方法
3.5 代数多重网格方法
3.5.1 多重网格方法
3.5.2 代数多重网格方法
3.6 本章小结
4 空气自然冷却155mm舰炮身管瞬态热响应
4.1 舰炮身管的分析模型建立
4.1.1 舰炮几何模型简化
4.1.2 计算域性质及网格划分
4.2 空气冷却舰炮耦合传热分析
4.2.1 155mm火炮内弹道计算
4.2.2 流动、传热的湍流及传热模型
4.2.3 边界条件及初始化设置
4.2.4 空气冷却舰炮身管瞬态热响应分析
4.3 本章小结
5 155mm舰炮身管主动冷却方式选择
5.1 155mm舰炮身管外液冷却
5.1.1 外液冷却分析模型
5.1.2 外液冷却舰炮身管瞬态热响应分析
5.2 155mm舰炮身管内部气冷
5.2.1 内部气冷分析模型
5.2.2 内部气冷舰炮身管瞬态热响应分析
5.3 155mm舰炮身管层间水冷
5.3.1 155mm舰炮层间冷却身管分析模型
5.3.2 155mm舰炮层间水冷瞬态热响应
5.4 155mm舰炮身管主动冷却基本结构设计
5.5 本章小结
6 层间冷却结构冷却效能影响参数分析
6.1 层间冷却结构的强化传热
6.1.1 增大传热面积
6.1.2 强化传热与传热系数
6.2 层间冷却结构冷却效能影响参数分析
6.2.1 层间冷却通道与内膛面径向距离的影响
6.2.2 层间冷却通道换热面积的影响
6.2.3 层间冷却水流速、湍流强度的影响
6.3 本章小结
7 总结与展望
7.1 工作总结
7.2 工作展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于流固耦合的火炮身管层间冷却分析[J]. 李鹏辉,李强,李胜,方传波. 中北大学学报(自然科学版). 2010(02)
[2]k-ω SST两方程湍流模型中参数影响的初步分析[J]. 周宇,钱炜祺,邓有奇,马明生. 空气动力学学报. 2010(02)
[3]火炮内膛烧蚀磨损研究综述[J]. 于伟,田庆涛,于旭东,吴斌,吴昊. 四川兵工学报. 2010(02)
[4]外军舰炮制导炮弹发展现状及对我军的启示[J]. 吴杰. 国防技术基础. 2010(01)
[5]延长火炮身管寿命之分析[J]. 魏东. 科技情报开发与经济. 2010(02)
[6]基于局部松弛和粗化策略的代数多重网格方法[J]. 徐小文,莫则尧,刘旭. 数值计算与计算机应用. 2009(02)
[7]基于流固耦合的某速射火炮身管温度场仿真计算[J]. 吴永海,徐诚,陆昌龙,李峰. 兵工学报. 2008(03)
[8]火炮层间冷却身管设计[J]. 张世全,卓建平,杨林. 火炮发射与控制学报. 2008(01)
[9]火炮身管报警温度的确定[J]. 陈桂东,周彦煌. 兵工学报. 2008(01)
[10]某速射火炮身管系统传热特性的数值仿真研究[J]. 吴永海,徐诚,陆昌龙,李峰. 系统仿真学报. 2007(19)
本文编号：3171793
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 选题的背景与意义
1.2 国内外研究概况及发展趋势
1.2.1 火炮内弹道循环与膛内流场特性
1.2.2 火炮身管发热与热控制研究
1.3 论文研究内容
1.4 本章小结
2 传热学与计算传热学
2.1 概述
2.2 传热学简介
2.2.1 传热学基本概念
2.2.2 传热的基本方式
2.3 计算传热学及ANSYS-CFX简介
2.3.1 计算传热学及其发展
2.3.2 ANSYS-CFX、ICEM CFD简介
2.4 耦合传热
2.5 本章小结
3 流动、传热问题的数学描述及数值求解
3.1 流动与传热的控制方程
3.2 控制方程的通用形式
3.3 CFX控制方程离散——基于有限元的有限体积法
3.3.1 ANSYS-CFX网格Tri-linear插值形函数
3.3.2 控制方程离散
3.4 隐式耦合求解方法
3.5 代数多重网格方法
3.5.1 多重网格方法
3.5.2 代数多重网格方法
3.6 本章小结
4 空气自然冷却155mm舰炮身管瞬态热响应
4.1 舰炮身管的分析模型建立
4.1.1 舰炮几何模型简化
4.1.2 计算域性质及网格划分
4.2 空气冷却舰炮耦合传热分析
4.2.1 155mm火炮内弹道计算
4.2.2 流动、传热的湍流及传热模型
4.2.3 边界条件及初始化设置
4.2.4 空气冷却舰炮身管瞬态热响应分析
4.3 本章小结
5 155mm舰炮身管主动冷却方式选择
5.1 155mm舰炮身管外液冷却
5.1.1 外液冷却分析模型
5.1.2 外液冷却舰炮身管瞬态热响应分析
5.2 155mm舰炮身管内部气冷
5.2.1 内部气冷分析模型
5.2.2 内部气冷舰炮身管瞬态热响应分析
5.3 155mm舰炮身管层间水冷
5.3.1 155mm舰炮层间冷却身管分析模型
5.3.2 155mm舰炮层间水冷瞬态热响应
5.4 155mm舰炮身管主动冷却基本结构设计
5.5 本章小结
6 层间冷却结构冷却效能影响参数分析
6.1 层间冷却结构的强化传热
6.1.1 增大传热面积
6.1.2 强化传热与传热系数
6.2 层间冷却结构冷却效能影响参数分析
6.2.1 层间冷却通道与内膛面径向距离的影响
6.2.2 层间冷却通道换热面积的影响
6.2.3 层间冷却水流速、湍流强度的影响
6.3 本章小结
7 总结与展望
7.1 工作总结
7.2 工作展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于流固耦合的火炮身管层间冷却分析[J]. 李鹏辉,李强,李胜,方传波. 中北大学学报(自然科学版). 2010(02)
[2]k-ω SST两方程湍流模型中参数影响的初步分析[J]. 周宇,钱炜祺,邓有奇,马明生. 空气动力学学报. 2010(02)
[3]火炮内膛烧蚀磨损研究综述[J]. 于伟,田庆涛,于旭东,吴斌,吴昊. 四川兵工学报. 2010(02)
[4]外军舰炮制导炮弹发展现状及对我军的启示[J]. 吴杰. 国防技术基础. 2010(01)
[5]延长火炮身管寿命之分析[J]. 魏东. 科技情报开发与经济. 2010(02)
[6]基于局部松弛和粗化策略的代数多重网格方法[J]. 徐小文,莫则尧,刘旭. 数值计算与计算机应用. 2009(02)
[7]基于流固耦合的某速射火炮身管温度场仿真计算[J]. 吴永海,徐诚,陆昌龙,李峰. 兵工学报. 2008(03)
[8]火炮层间冷却身管设计[J]. 张世全,卓建平,杨林. 火炮发射与控制学报. 2008(01)
[9]火炮身管报警温度的确定[J]. 陈桂东,周彦煌. 兵工学报. 2008(01)
[10]某速射火炮身管系统传热特性的数值仿真研究[J]. 吴永海,徐诚,陆昌龙,李峰. 系统仿真学报. 2007(19)
本文编号：3171793
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