基于计算流体力学与刚体动力学耦合的高速旋转弹丸弹道计算方法

发布时间：2024-02-15 09:28

　　为了模拟高速旋转弹丸真实飞行弹道,基于弹轴运动附加于控制体表面、自转运动附加于壁面边界的思想,采用三维有限体积法,改进型简单低耗散迎风矢通量分裂格式、双时间步和Spalart-Allmaras湍流模型等计算流体力学(CFD)方法,建立具有任意拉格朗日-欧拉形式的流动模型。结合高速旋转弹丸刚体运力学(RBD)弹道方程组,推导出弹丸运动和控制体表面运动耦合的数学模型,提出一种CFD与RBD弹道耦合计算方法,实现了4阶龙格-库塔法中流动方程和弹道方程联立计算。研究结果表明:气动耦合方法和时间步长对弹道耦合计算结果影响较大;所提紧耦合方法在时间步长0. 5 ms下M549旋成体弹丸仿真弹道结果与采用气动模型法计算结果基本吻合;旋转稳定二维弹道修正弹仿真弹道具有抬头力矩使弹丸低头的特性,该特性与文献[29]的研究结果一致。

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【部分图文】：

图10弹丸表面压力分布

图9攻角仿真结果5结论

图1CFD/RBD耦合计算框架

式中:fi表示第i个微分方程的右端表达式。由(23)式可知，每一个Runge-Kutta子步都需要气动数据的支持。有2种较简单的气动力和力矩耦合方法:第1种为定值法，借鉴系数冻结法的思想，将n时间层面CFD计算出的瞬态气动力和力矩冻结，即在Runge-Kutta4个子步中保持不变....

图2流场和弹道紧耦合计算过程

通过以上5步可完成流场和弹道方程从n时间层面到n+1时间层面完整的4阶Runge-Kutta紧耦合计算过程，计算流程示意图如图2所示，图2中j=1,2,3,4表示Runge-Kutta4个步骤。需要注意的是，步骤2～步骤4中涉及到的tn+0.5h和tn+h时刻只是中间过程，步骤5....

图3M549弹丸模型

计算模型采用美国M549旋成体弹丸，具体结构尺寸参见文献[24]。利用Solidworks商业软件进行几何建模，如图3所示。将几何模型导入CFD前处理软件ICEM中进行网格划分，如图4所示。文献[25]对旋成体弹丸的网格划分进行了详细研究，并通过与试验数据对比验证了网格划分的合理....

本文编号：3899536