水下发射膛口多相流场分析
发布时间：2022-01-10 10:49
水下发射随着超空泡射弹技术的发展而成为研究的热门,传统武器水下发射过程中包含着水蒸气、水与火药燃气三种流体介质,水与水蒸气之间存在着相变关系,三种介质在膛口处相互耦合,形成的膛口多相流场对弹丸的出膛口姿态有着极大的影响,研究水下发射膛口多相流场是提高水下武器射击精度的重要因素。水下发射分为密封式发射与全淹没式发射,为了研究这两种发射方式下的膛口多相流场,分别对这两种发射过程进行动力学分析,在合理假设的基础上构建了两种水下发射方式的内弹道模型,分别计算得到了内弹道数据。接着,简要分析了现有的各种仿真模型,结合6DOF模型与动网格技术,选择合适的边界条件与离散化方法,共同构建计算水下发射膛口多相流场所需的数值模型。基于建立的数值模型对水下密封式发射过程进行二维数值计算,研究其弹前激波得到了弹前气体的压力、密度与速度随时间变化规律;研究初始流场得到了不同初始状态对弹丸出膛口运动阻力的影响机理;研究不考虑弹丸运动的火药燃气流场得到其形成发展过程与膛内压力、密度随时间变化规律;研究考虑弹丸运动的膛口流场得到其形成发展过程与压力分布特性。基于建立的数值模型对全淹没式水下发射过程进行二维拟真,研究不...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
膛口流场阴影照
中北大学学位论文21.2国内外研究现状1.2.1国外研究进展火炮发射时，药室中的火药迅速燃烧生成火药燃气，火药燃气作用于弹丸底部会推动弹丸向前运动，弹丸运动时会压缩弹前空气，逐渐形成弹前气柱和弹前激波，弹前气柱与弹前激波运动至膛口时迅速喷出，无约束膨胀逐渐形成膛口初始流常弹丸脱离膛口后，弹后的高温高压火药燃气自膛口喷出，向四周膨胀时受到弹丸的作用，逐渐形成复杂的火药燃气流场，接着，火药燃气流场无约束膨胀追上之前的初始流场，两者相互融合，最终发展成具有复杂波系的膛口流场[1]。国外学者对枪炮空气中发射时的膛口流场进行了大量的研究，早期由于缺乏相应的理论，研究工作大多采用理论分析与实验验证相结合的半经验法，在此基础上，研究人员对膛口流场的发展机理、结构特性及流场参数等进行了大量的研究。图1-1膛口流场阴影照Fig.1-1Shadowshotofmuzzleflowfield图1-25.56mm步枪膛口流场Fig.1-2muzzleflowfieldof5.56mmrifle19世纪80年代，Hugoniot[2]对膛口气流模型进行了大量的简化，将炮口冲击波的形成发展过程类比作高压气瓶的排气过程进行了研究，得出了膛口流场的大致发展规律；Schmidt[3-5]等人利用电子成像方法得到了了膛口流场的阴影图像（见图1-1），分析了膛口流场的结构特征与形成机理，给出了膛口流场的压力分布曲线并在此基础上建立了相应的经验表达式；Fansler、Schmidt[6]针对膛口流场开展了实验，基于实验结果研究了初始流场与火药燃气流场之间的耦合关系，并对两者之间的能量传递关系进行了分析；Love[7]等人对轴对称自由射流进行了大量的研究，通过对结果的分析，获得了射流马赫数、膛口倾角、射流压力等对轴线上的膛口射流温度、波长等参数的影响规律；Merlen[8-9]利用
mm榴弹炮发射时的冲击波；Taylor[12]采用一阶精度的Godunpv格式数值模拟了步枪发射时的膛口冲击波，但数值结果与实际情况略有偏差；Carofano[13]在对膛口流场进行数值模拟时采用了高阶精度的离散格式，使膛口冲击波的模拟准确度相对之前有了极大的提升；Cler[14]等运用CFD软件对7.62mm步枪的膛口流场进行了模拟计算，仿真过程中同样没有考虑弹丸运动，开展的相关实验发现膛口初始流场较符合实际情况，验证了仿真结果的准确性，但弹丸出膛口后的火药燃气流场与实验结果相差较大，因此该阶段的数值模拟方法并不具备通用性。图1-381mm迫击炮膛口流场压力等值线图Fig.1-3Thepressurecontourmapofmuzzleflowfieldofthe81mmmortar图1-4弹丸脱壳分离过程Fig.1-4Shellseparationprocess
【参考文献】：
期刊论文
[1]弹道枪不同水深下全淹没式发射膛口流场的数值分析[J]. 张京辉,余永刚. 爆炸与冲击. 2020(10)
[2]弹道枪水下全淹没式发射膛口流场演化特性的数值模拟研究[J]. 张京辉,余永刚. 兵工学报. 2020(03)
[3]斜切角膛口流场的数值模拟[J]. 刘康,管小荣,徐诚,朱一辉,李芳芮. 兵器装备工程学报. 2020(04)
[4]水下机枪密封式发射膛口流场特性分析[J]. 张旋,代淑兰,余永刚,王维占. 兵器装备工程学报. 2019(11)
[5]机枪水下发射膛口燃气射流场分布特性的数值模拟[J]. 张京辉,余永刚. 弹道学报. 2019(02)
[6]带制退器的膛口射流噪声数值模拟与实验研究[J]. 赵欣怡,周克栋,赫雷,陆野,王佳. 爆炸与冲击. 2019(10)
[7]基于多块结构重叠网格的电磁轨道发射器动态发射过程流场分析[J]. 杜佩佩,鲁军勇,冯军红,李湘平. 兵工学报. 2018(02)
[8]装药参数对水下机枪密封式膛口流场影响的数值分析[J]. 张欣尉,余永刚,莽珊珊. 兵工学报. 2018(01)
[9]水下发射对机枪膛口温度场影响的数值分析[J]. 张欣尉,余永刚. 含能材料. 2017(11)
[10]超大口径平衡炮膛口流场数值仿真与流动特性分析[J]. 王美懿,王浩. 火炮发射与控制学报. 2017(02)
博士论文
[1]复杂化学反应流场数值模拟的无网格方法及应用[D]. 吴伟.南京理工大学 2015
[2]炮口制退器优化设计理论与方法研究[D]. 江坤.南京理工大学 2007
硕士论文
[1]超空泡高速射弹变介质运动仿真及弹道特性研究[D]. 黄岚.中北大学 2018
[2]某型抗冲击波特种车身疲劳特性分析及轻量化技术研究[D]. 陈晓雅.南京理工大学 2018
[3]超大口径平衡炮膛口流场数值仿真及特性分析[D]. 王美懿.南京理工大学 2017
[4]张开式尾翼弹膛口流场三维数值模拟研究[D]. 孙冲.沈阳理工大学 2016
[5]金属风暴武器膛口流场仿真分析[D]. 马超.中北大学 2015
[6]水下枪械发射内弹道研究[D]. 兰晓龙.中北大学 2014
[7]高空环境下膛口流场研究[D]. 朱冠南.南京理工大学 2014
[8]某新型多身管火炮膛口流场分析[D]. 林圣业.南京理工大学 2013
[9]高射速武器膛口流场分析与仿真技术研究[D]. 方举鹏.中北大学 2012
[10]基于流场数值模拟的远程弹尾翼稳定装置设计[D]. 汪建业.沈阳理工大学 2009
本文编号：3580580
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
膛口流场阴影照
中北大学学位论文21.2国内外研究现状1.2.1国外研究进展火炮发射时，药室中的火药迅速燃烧生成火药燃气，火药燃气作用于弹丸底部会推动弹丸向前运动，弹丸运动时会压缩弹前空气，逐渐形成弹前气柱和弹前激波，弹前气柱与弹前激波运动至膛口时迅速喷出，无约束膨胀逐渐形成膛口初始流常弹丸脱离膛口后，弹后的高温高压火药燃气自膛口喷出，向四周膨胀时受到弹丸的作用，逐渐形成复杂的火药燃气流场，接着，火药燃气流场无约束膨胀追上之前的初始流场，两者相互融合，最终发展成具有复杂波系的膛口流场[1]。国外学者对枪炮空气中发射时的膛口流场进行了大量的研究，早期由于缺乏相应的理论，研究工作大多采用理论分析与实验验证相结合的半经验法，在此基础上，研究人员对膛口流场的发展机理、结构特性及流场参数等进行了大量的研究。图1-1膛口流场阴影照Fig.1-1Shadowshotofmuzzleflowfield图1-25.56mm步枪膛口流场Fig.1-2muzzleflowfieldof5.56mmrifle19世纪80年代，Hugoniot[2]对膛口气流模型进行了大量的简化，将炮口冲击波的形成发展过程类比作高压气瓶的排气过程进行了研究，得出了膛口流场的大致发展规律；Schmidt[3-5]等人利用电子成像方法得到了了膛口流场的阴影图像（见图1-1），分析了膛口流场的结构特征与形成机理，给出了膛口流场的压力分布曲线并在此基础上建立了相应的经验表达式；Fansler、Schmidt[6]针对膛口流场开展了实验，基于实验结果研究了初始流场与火药燃气流场之间的耦合关系，并对两者之间的能量传递关系进行了分析；Love[7]等人对轴对称自由射流进行了大量的研究，通过对结果的分析，获得了射流马赫数、膛口倾角、射流压力等对轴线上的膛口射流温度、波长等参数的影响规律；Merlen[8-9]利用
mm榴弹炮发射时的冲击波；Taylor[12]采用一阶精度的Godunpv格式数值模拟了步枪发射时的膛口冲击波，但数值结果与实际情况略有偏差；Carofano[13]在对膛口流场进行数值模拟时采用了高阶精度的离散格式，使膛口冲击波的模拟准确度相对之前有了极大的提升；Cler[14]等运用CFD软件对7.62mm步枪的膛口流场进行了模拟计算，仿真过程中同样没有考虑弹丸运动，开展的相关实验发现膛口初始流场较符合实际情况，验证了仿真结果的准确性，但弹丸出膛口后的火药燃气流场与实验结果相差较大，因此该阶段的数值模拟方法并不具备通用性。图1-381mm迫击炮膛口流场压力等值线图Fig.1-3Thepressurecontourmapofmuzzleflowfieldofthe81mmmortar图1-4弹丸脱壳分离过程Fig.1-4Shellseparationprocess
【参考文献】：
期刊论文
[1]弹道枪不同水深下全淹没式发射膛口流场的数值分析[J]. 张京辉,余永刚. 爆炸与冲击. 2020(10)
[2]弹道枪水下全淹没式发射膛口流场演化特性的数值模拟研究[J]. 张京辉,余永刚. 兵工学报. 2020(03)
[3]斜切角膛口流场的数值模拟[J]. 刘康,管小荣,徐诚,朱一辉,李芳芮. 兵器装备工程学报. 2020(04)
[4]水下机枪密封式发射膛口流场特性分析[J]. 张旋,代淑兰,余永刚,王维占. 兵器装备工程学报. 2019(11)
[5]机枪水下发射膛口燃气射流场分布特性的数值模拟[J]. 张京辉,余永刚. 弹道学报. 2019(02)
[6]带制退器的膛口射流噪声数值模拟与实验研究[J]. 赵欣怡,周克栋,赫雷,陆野,王佳. 爆炸与冲击. 2019(10)
[7]基于多块结构重叠网格的电磁轨道发射器动态发射过程流场分析[J]. 杜佩佩,鲁军勇,冯军红,李湘平. 兵工学报. 2018(02)
[8]装药参数对水下机枪密封式膛口流场影响的数值分析[J]. 张欣尉,余永刚,莽珊珊. 兵工学报. 2018(01)
[9]水下发射对机枪膛口温度场影响的数值分析[J]. 张欣尉,余永刚. 含能材料. 2017(11)
[10]超大口径平衡炮膛口流场数值仿真与流动特性分析[J]. 王美懿,王浩. 火炮发射与控制学报. 2017(02)
博士论文
[1]复杂化学反应流场数值模拟的无网格方法及应用[D]. 吴伟.南京理工大学 2015
[2]炮口制退器优化设计理论与方法研究[D]. 江坤.南京理工大学 2007
硕士论文
[1]超空泡高速射弹变介质运动仿真及弹道特性研究[D]. 黄岚.中北大学 2018
[2]某型抗冲击波特种车身疲劳特性分析及轻量化技术研究[D]. 陈晓雅.南京理工大学 2018
[3]超大口径平衡炮膛口流场数值仿真及特性分析[D]. 王美懿.南京理工大学 2017
[4]张开式尾翼弹膛口流场三维数值模拟研究[D]. 孙冲.沈阳理工大学 2016
[5]金属风暴武器膛口流场仿真分析[D]. 马超.中北大学 2015
[6]水下枪械发射内弹道研究[D]. 兰晓龙.中北大学 2014
[7]高空环境下膛口流场研究[D]. 朱冠南.南京理工大学 2014
[8]某新型多身管火炮膛口流场分析[D]. 林圣业.南京理工大学 2013
[9]高射速武器膛口流场分析与仿真技术研究[D]. 方举鹏.中北大学 2012
[10]基于流场数值模拟的远程弹尾翼稳定装置设计[D]. 汪建业.沈阳理工大学 2009
本文编号：3580580
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