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子母彈燃?xì)饽异o態(tài)拋撒氣囊破裂射流流場仿真分析

2016-11-09 06:17寧惠君黃凱王金龍張成陶如意王浩
兵工學(xué)報(bào) 2016年1期
關(guān)鍵詞:破口氣囊射流

寧惠君,黃凱,王金龍,張成,陶如意,王浩

(1.河南科技大學(xué)土木工程學(xué)院,河南洛陽471023;2.上海齊耀動力技術(shù)有限公司,上海201203; 3.南京理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院,江蘇南京210094)

子母彈燃?xì)饽异o態(tài)拋撒氣囊破裂射流流場仿真分析

寧惠君1,黃凱2,王金龍3,張成3,陶如意3,王浩3

(1.河南科技大學(xué)土木工程學(xué)院,河南洛陽471023;2.上海齊耀動力技術(shù)有限公司,上海201203; 3.南京理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院,江蘇南京210094)

針對子母彈燃?xì)饽覓伻鲈囼?yàn)中出現(xiàn)的氣囊破裂對子彈運(yùn)動特性的影響,建立了氣囊拋彈的三維動力學(xué)模型?;谟?jì)算流體力學(xué)Fluent軟件,通過編譯自定義程序?qū)⒘杂啥葎傮w動力學(xué)方程與流體控制方程進(jìn)行耦合,對氣囊破裂自由射流流場結(jié)構(gòu)特性及子母彈拋撒過程中氣囊破裂射流流場結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行對比,獲得了氣囊內(nèi)壓力變化規(guī)律。對不同破口位置的氣囊射流流場進(jìn)行仿真分析,獲得了不同破口位置氣囊內(nèi)壓力變化規(guī)律及對子彈的運(yùn)動特性影響。計(jì)算結(jié)果表明:與氣囊破裂自由流場結(jié)構(gòu)相比,存在子彈時(shí)對氣囊破裂射流流場結(jié)構(gòu)有很大的影響;在中心位置破裂時(shí)對氣囊內(nèi)壓力變化影響最大,破口在中心位置及短邊側(cè)時(shí)對子彈姿態(tài)的影響最大。該研究結(jié)果對預(yù)估子彈飛行彈道,了解氣囊破射流流場對子彈運(yùn)動的作用機(jī)理和影響規(guī)律,提高子母彈分離時(shí)的可靠性和安全性具有參考價(jià)值。

兵器科學(xué)與技術(shù);子母彈燃?xì)饽?氣囊破裂;自由射流;流場結(jié)構(gòu);運(yùn)動姿態(tài)

DOI:10.3969/j.issn.1000-1093.2016.01.001

0 引言

子母彈燃?xì)饽覓伻黾夹g(shù)通過利用氣囊充氣膨脹推動子彈運(yùn)動,因其結(jié)構(gòu)簡單,過載小,子彈散布好,被廣泛用于子母戰(zhàn)斗部拋撒系統(tǒng)中[1-2]。在拋撒過程中能否成功實(shí)現(xiàn)氣囊推動子彈與母彈的分離過程,使子彈從母彈中安全、迅速、準(zhǔn)確地分離是子母彈燃?xì)饽覓伻鱿到y(tǒng)研制中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題,它將直接影響到子彈的運(yùn)動,進(jìn)而影響子彈在目標(biāo)區(qū)上空所要呈現(xiàn)的設(shè)想散布狀態(tài),并最終影響對目標(biāo)的毀傷效果[3-4]。氣囊在子母彈燃?xì)饽覓伻龇蛛x試驗(yàn)過程中發(fā)生破裂是一個(gè)常見的現(xiàn)象,如果在子母彈分離過程中氣囊發(fā)生破裂,會在子母彈間形成復(fù)雜的射流流場,影響子彈的氣動參數(shù),進(jìn)而影響子彈的運(yùn)動姿態(tài)。因此,研究子母彈分離過程氣囊破裂射流流場的特性,對分析子彈受力,預(yù)估子彈飛行彈道,了解氣囊破裂射流流場對子彈運(yùn)動的作用機(jī)理和影響規(guī)律具有重要意義。

目前國內(nèi)對子母彈燃?xì)饽覓伻鲞^程的研究大多集中在子母彈燃?xì)饽覓伻鰞?nèi)彈道建模及拋撒分離過程中干擾流場對子彈的影響,對氣囊破裂的射流流場研究相對較少[5-7]。為此,針對子母彈燃?xì)饽以趻伻龇蛛x試驗(yàn)中出現(xiàn)的氣囊破裂情況,本文建立了氣囊拋彈的三維動力學(xué)模型,基于計(jì)算流體力學(xué)Fluent軟件,通過編譯自定義程序(UDF)將六自由度剛體動力學(xué)方程與流體控制方程進(jìn)行耦合求解,對氣囊破裂自由射流流場結(jié)構(gòu)特性及子母彈拋撒過程中氣囊破裂射流流場結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了對比,獲得了氣囊內(nèi)及破口壓力變化規(guī)律。對不同破口位置的氣囊射流流場進(jìn)行了仿真分析,獲得了不同破口位置氣囊內(nèi)壓力變化規(guī)律及對子彈的運(yùn)動特性影響。

1 氣囊拋彈動力學(xué)模型的建立

1.1 基本原理

子母彈燃?xì)饽覓伻鱿到y(tǒng)示意圖如圖1所示。其工作原理是:被點(diǎn)燃的拋撒藥燃?xì)饩奂谌細(xì)獍l(fā)生室內(nèi),燃?xì)鈮毫Σ粩嗌仙?當(dāng)持續(xù)增加的燃?xì)膺_(dá)到一定壓力時(shí),燃?xì)鉀_破燃?xì)獍l(fā)生室的限壓膜片,高溫、高壓的燃?xì)馔ㄟ^燃?xì)獍l(fā)生室壁上的噴孔流入氣囊,氣囊膨脹變形速度加快,當(dāng)氣囊膨脹進(jìn)行到一定階段時(shí),變形過程基本完成,膨脹高度基本不再增加,氣囊形狀基本不再發(fā)生變化,最終氣囊膨脹外形近似于圓枕形。壓力推動子彈解除約束,燃?xì)饩勰芡ㄟ^氣囊迅速釋放,使得子彈加速運(yùn)動,最終將其拋出[1,4]。

圖1 燃?xì)饽异o態(tài)拋撒系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of gasbag static projector structure

1.2 氣囊破裂結(jié)構(gòu)模型的建立

假設(shè)當(dāng)氣囊膨脹到最大位移(即氣囊外形近似圓枕形)時(shí)氣囊破裂,子彈拋出,此后,氣囊始終保持充盈狀態(tài)直至氣囊內(nèi)壓力降至與囊外大氣壓力相同。由于氣囊開始回縮前,氣囊內(nèi)壓力始終大于氣囊外大氣壓力,氣囊一直保持充盈狀態(tài)。因此計(jì)算過程中將氣囊作簡化處理,即假設(shè)氣囊膨脹后為固體壁面邊界條件,忽略氣囊的變形情況。并由試驗(yàn)結(jié)果(如圖2所示)可看出,氣囊破裂形狀基本上為一條細(xì)長裂縫,因此本文取破口裂縫形狀為矩形條縫。

由于氣囊破裂破口位置并不是一致的,導(dǎo)致周向其余單體分離流場不具有對稱性。所以為了分析氣囊不同破口位置導(dǎo)致燃?xì)饬鲌霾灰恢滦詫ψ訌椷\(yùn)動造成的影響,同時(shí)兼顧縮短計(jì)算時(shí)間,本文采用1/4模型對不同破口結(jié)構(gòu)下的流場進(jìn)行三維仿真模擬,計(jì)算簡化模型如圖3所示。

圖2 試驗(yàn)結(jié)束后氣囊破裂照片F(xiàn)ig.2 Photos of the ruptured gasbag after test

圖3 氣囊破裂拋彈三維仿真模型Fig.3 Three-dimensional dynamic model of combustion gasbag rupture projector structure

模型尺寸選取:取矩形氣囊尺寸為340 mm× 150 mm;子彈為直徑150 mm、長度700 mm的圓柱體;拋射架長度為800 mm;氣囊破口根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果取矩形條縫,尺寸為50 mm×8 mm.

1.3 控制方程及離散格式

建立ALE有限體積法描述下的三維可壓縮方程,其積分表達(dá)式為

式中:Ω為控制體體積;?Ω為控制體表面邊界;n為控制體邊界外法向單位矢量;dV為體積微元;dS為面積微元;守恒變量Q,分量E、F、G及Ev、Fv、Gv的表達(dá)式分別為

式中:Q中的u、v、w、p、ρ分別為控制體內(nèi)的速度、壓力、密度;E、F、G中的u、v、w、p、ρ分別為控制邊界上的速度、壓力、密度;ug、vg、wg為控制體邊界的移動速度;e為單位體積總能;Ev、Fv、Gv中的Π1= uτχχ+vτχy+wτχz+qχ,Π2=uτyχ+vτyy+wτyz+qy,Π3=uτzχ+vτzy+wτzz+qz,τχχ、τχy、τχz、τyχ、τyy、τyz、τzχ、τzy、τzz是因分子粘性作用而產(chǎn)生的作用在微元體表面上的粘性應(yīng)力分量,qχ、qy、qz為微元熱流量。

湍流模型采用雙方程 Realizable k-ε模型[5]。對于近壁區(qū)域低雷諾數(shù)流動情況,采用壁面函數(shù)法進(jìn)行修正求解。

對控制方程及湍流方程采用2階迎風(fēng)格式進(jìn)行空間離散,時(shí)間離散采用隱式方案。子彈為移動固壁邊界,遠(yuǎn)場區(qū)域采用壓力遠(yuǎn)場邊界。

為實(shí)現(xiàn)子母彈分離過程流場區(qū)域的更新,本文基于Fluent軟件,通過編譯UDF將六自由度剛體動力學(xué)方程結(jié)合流體控制方程進(jìn)行耦合求解,并采用彈簧光順法和局部網(wǎng)格重構(gòu)法實(shí)現(xiàn)分離過程中子彈邊界運(yùn)動后流體計(jì)算區(qū)域的更新[8]。耦合剛體六自由度運(yùn)動方程計(jì)算獲得邊界位移量[9-10]。子彈的運(yùn)動方程可參考文獻(xiàn)[11]建立。

2 子母彈燃?xì)饽异o態(tài)拋撒過程氣囊破裂射流流場結(jié)構(gòu)分析

2.1 氣囊破裂自由射流流場與靜態(tài)拋撒過程中氣囊破射流流場計(jì)算結(jié)果分析

建立氣囊破裂自由流場結(jié)構(gòu)模型及靜態(tài)拋撒氣囊破裂射流流場結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。計(jì)算取氣囊中心位置為破口位置,囊內(nèi)初始壓力1 MPa,子彈以12 m/s初速、0°攻角拋出,不考慮來流影響。取y方向?yàn)榭v向,χ方向?yàn)闄M向。

對于氣囊破裂自由流場結(jié)構(gòu),氣囊破口為矩形條縫,由于條縫窄長,可將射流流場簡化為具有矩形條縫噴嘴的氣體平面射流流場。

而氣囊破裂射流流場結(jié)構(gòu)模型中,由于子彈與氣囊破口空間位置及幾何尺寸大小的不同,分別取破口橫向Oχz截平面和縱向Oχy截平面進(jìn)行分析,如圖4所示。

圖4 子母彈燃?xì)饽异o態(tài)拋撒氣囊破裂射流流場在不同射流空間截平面圖Fig.4 Section plane in different jet spaces of gasbag rupture jet flow field of combustion gasbag of submunition

圖5和圖6描述了氣囊破裂自由射流和氣囊破裂射流在破口橫向截平面和縱向截平面內(nèi)的變化過程。圖7則更加直觀地給出了兩種情況下囊內(nèi)和破口處的平均壓力變化曲線,其中:第一種情況為氣囊自由射流流場結(jié)構(gòu);第二種情況為拋撒子彈時(shí)氣囊破裂射流流場結(jié)構(gòu)。

由圖5、圖6可以看出,氣囊破裂自由射流流場符合一般的射流理論分析,流場結(jié)構(gòu)比較規(guī)則,流動狀態(tài)較為穩(wěn)定。結(jié)合圖7可以看出,兩種情況下,氣囊內(nèi)和破口處壓力都隨時(shí)間的增大而呈下降趨勢,其中:破口壓力在氣囊破裂瞬間1 ms內(nèi),從初始壓力1 MPa急劇下降至0.55 MPa;在60 ms左右,囊內(nèi)和破口處壓力均接近于大氣壓力,此時(shí)子彈只受空氣阻力作用。第二種情況相對于第一種情況氣囊內(nèi)壓力和破口壓力下降較為緩慢。

圖5 破口橫向截平面內(nèi)射流流場變化Fig.5 Change of jet flow field on ozχ section plane

圖6 破口縱向截平面內(nèi)射流流場變化Fig.6 Change of jet flow field on oχy section plane

另外,由圖7并結(jié)合圖5(b)分析可知,在0~27 ms內(nèi)子彈的存在對射流流場的影響較大,由于此階段囊內(nèi)壓力較大,高壓氣體自破口流出的速度(500 m/s)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于子彈運(yùn)動初速(12 m/s),子彈可認(rèn)為是靜止的。為此,在每一時(shí)刻流場結(jié)構(gòu)可近似等效為靜止圓柱繞流流場。隨著氣囊內(nèi)壓力的下降,高壓氣體速度也進(jìn)一步下降,當(dāng)燃?xì)馑俣认陆抵僚c子彈運(yùn)動速度相近時(shí),流場結(jié)構(gòu)形式完全不同于靜止圓柱繞流,繞流尾流區(qū)規(guī)則的脫落逐漸被不規(guī)則的紊流所覆蓋、包圍,直至整個(gè)子彈浸沒在射流流場中,流場結(jié)構(gòu)與自由射流相似,如圖8(a)所示。

圖7 兩種情況下氣囊內(nèi)和破口處的平均壓力變化Fig.7 The variation of average pressure in gasbag and gasbag laceration in two cases

圖8 t=60 ms時(shí)子母彈拋撒氣囊破裂射流流場結(jié)構(gòu)Fig.8 Gasbag rupture jet flow field of combustion gasbag of submunition for t=60 ms

由圖6(b)可以看出,破口橫向截平面內(nèi),氣囊內(nèi)高壓氣體射流出流空間較縱向截平面受到了更大的限制,子彈的存在對射流流場的影響更大,影響時(shí)間也越久。結(jié)合圖8(b)可以看出,到60 ms時(shí),流場結(jié)構(gòu)還是與自由平面紊動射流流場結(jié)構(gòu)有較大差別。

2.2 不同破口位置氣囊破裂射流流場仿真分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,分別對圖3所示的3種典型破口位置進(jìn)行仿真模擬,計(jì)算初始條件與2.1節(jié)相同。

圖9和圖10給出了破口在氣囊長邊側(cè)時(shí)射流流場在破口橫向截平面和破口縱向截平面內(nèi)的變化過程。與破口在氣囊中心位置相比,此種情況下流場結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化。由圖9可以看出,在破口橫向截平面內(nèi),射流流場從類似于圓柱繞流的流場結(jié)構(gòu)變成了類似于流體流經(jīng)固體壁面時(shí)的附壁射流流場結(jié)構(gòu)形式。圖9(a)和圖9(b)中的A、B兩處就是由于附壁效應(yīng)所引起的附壁射流現(xiàn)象。而在破口縱向截平面內(nèi)子彈很快消失了,流場結(jié)構(gòu)逐漸過渡到一般的平面紊動自由射流流場結(jié)構(gòu)。

圖9 長邊側(cè)橫向截平面內(nèi)射流流場變化Fig.9 Change of jet flow field on transverse section plane at the long side

另外,由圖9和圖10又可以看出,在0~10 ms之內(nèi),子彈的存在對射流流場的流場結(jié)構(gòu)有比較明顯的影響,10 ms之后,射流流場對子彈運(yùn)動幾乎沒有影響。因此,當(dāng)氣囊在長邊側(cè)破裂時(shí)在破口橫向截平面內(nèi)可簡化為一般噴嘴射流和附壁射流結(jié)合的復(fù)合流場;而當(dāng)射流進(jìn)行10 ms之后,在破口縱向截平面內(nèi)射流可簡化為平面紊動自由射流。

當(dāng)破口位置在氣囊短邊側(cè)時(shí)計(jì)算結(jié)果表明子彈在破口橫向截平面內(nèi)射流流場結(jié)構(gòu)變化與氣囊在中心位置破裂時(shí)射流相似,而在破口縱向截平面內(nèi)流場結(jié)構(gòu)卻與中心破口位置的流場結(jié)構(gòu)變化不同,這是由于子彈在縱向截平面內(nèi)相對于破口不在中心位置,導(dǎo)致流場結(jié)構(gòu)不對稱,大約在50 ms左右時(shí),子彈發(fā)生了輕微偏轉(zhuǎn)。

圖10 長邊側(cè)破口縱向截平面內(nèi)射流流場變化Fig.10 Change of the jet flow field on vertical section plane of gasbag laceration at long side ruptured position

2.3 不同破口位置對子彈運(yùn)動的影響

為討論氣囊破裂射流流場對子彈運(yùn)動的影響,分別對氣囊不發(fā)生破裂時(shí)及破口在不同位置時(shí)子彈的運(yùn)動姿態(tài)進(jìn)行對比,計(jì)算結(jié)果如圖11所示。

過了好一會,阿花用紙巾擦了淚,又像蛇一樣纏過來,溫柔地說,阿坤,你是誤會了,我和江鋒真的沒有什么。我把臉扭過去,茫然地望著窗外,眼神空空的。阿花對著我的背影說,阿坤,其實(shí)我從沒說過要嫁給你呀,我們只是好朋友,那種可以肝膽相照同床共枕的異性朋友,這難道還不夠嗎?

由圖11(a)和圖11(b)可以看出,在Oχy截平面內(nèi),不同破口位置子彈的運(yùn)動軌跡與氣囊不發(fā)生破裂時(shí)的運(yùn)動軌跡基本接近一致。但在Oχz平面內(nèi),不同破口位置子彈的運(yùn)動軌跡與氣囊不發(fā)生破裂時(shí)差別很大,氣囊不發(fā)生破裂時(shí)子彈幾乎不發(fā)生偏移;破口位置在長邊側(cè)時(shí)子彈向z正方向偏移且呈不斷增大趨勢;而破口在中心位置時(shí)子彈向z正方向偏移先是增大后趨于穩(wěn)定;破口在短邊側(cè)時(shí)子彈運(yùn)動軌跡基本與氣囊不破裂時(shí)一致。

由圖11(c)可以看出,氣囊不發(fā)生破裂時(shí),子彈在運(yùn)動方向(χ方向)上的受力基本保持不變(-6.8 N)。當(dāng)氣囊在不同位置破裂時(shí),子彈在χ方向上的受力過程大致相同,即先是在極短的時(shí)間內(nèi)受力迅速增大,之后經(jīng)過一段時(shí)間的波動,緩慢下降至氣囊不發(fā)生破裂時(shí)的受力值。這是由于氣囊破裂瞬間,壓力波迅速到達(dá)子彈表面,子彈受力瞬間增大,之后,氣囊內(nèi)的高壓氣體快速流出,燃?xì)庠谧訌椙熬壯杆俣逊e,射流流場與子彈相互作用一段時(shí)間后,子彈受力最終緩慢下降至不受燃?xì)馍淞饔绊憽?/p>

由圖11(d)可以看出,當(dāng)破口在氣囊中心位置和短邊側(cè)時(shí),子彈在z方向上受力基本與氣囊不發(fā)生破裂時(shí)一致(受力基本為0),所不同的是射流初始階段破口在中心位置和短邊側(cè)時(shí)子彈受到射流流場的章動作用出現(xiàn)波動,且破口在中心位置時(shí)的波動幅度大于破口在短邊側(cè)。當(dāng)破口在氣囊長邊側(cè)時(shí),在射流開始0.001 ms內(nèi),子彈在z方向受力急劇上升,隨后在0.007 ms下降至0.這是由于射流的卷吸作用和附壁效應(yīng),使得在射流流場附近形成一個(gè)高速低壓區(qū),此時(shí)子彈會在大氣壓力的作用下向低壓區(qū)運(yùn)動。

由圖11(e)可以看出,氣囊在不同位置破裂時(shí)射流流場對子彈的角速度影響很大。破口在長邊側(cè)時(shí),射流流場與氣囊不發(fā)生破裂時(shí)基本一致,子彈的角速度基本為0,射流流場對子彈角速度影響很小;而破口在中心位置時(shí),子彈沿z軸正方向旋轉(zhuǎn),角速度在45 ms以后趨于0.012 rad/s左右;破口在短邊側(cè)時(shí)子彈沿z軸負(fù)方向旋轉(zhuǎn),角速度最終穩(wěn)定于0.14 rad/s左右。通過對角速度積分進(jìn)行換算得到60 ms時(shí)破口在中心位置相對于0°攻角偏轉(zhuǎn)了0.027 8°,破口在長邊側(cè)相對于 0°攻角偏轉(zhuǎn)了-0.000 75°,破口在短邊側(cè)偏轉(zhuǎn)了-0.379°,所以當(dāng)破口位置在短邊側(cè)時(shí)射流流場對子彈角速度的影響最大。

由圖11(f)可以看出,氣囊在不同位置破裂時(shí)子彈的速度曲線變化很大。破口在中心位置時(shí)射流流場對子彈在χ方向的速度隨時(shí)間增大迅速增大,在40 ms左右子彈的速度趨于12.04 m/s后逐漸穩(wěn)定;當(dāng)破口在氣囊短邊側(cè)時(shí),子彈在20 ms左右速度趨于12.007 m/s后逐漸穩(wěn)定;破口在氣囊長邊側(cè)時(shí)子彈在χ方向速度保持11.993 m/s不變。

圖12為氣囊破口位置不同時(shí)各參數(shù)的比較。由圖12可以看出,60 ms時(shí)3種不同破裂位置的氣囊內(nèi)壓力、破口平均壓力、彈底最大壓力都接近于大氣壓力。這說明,氣囊內(nèi)的高壓氣體基本已經(jīng)排空,此時(shí)氣囊破裂射流對子彈幾乎沒有影響,子彈只受空氣阻力作用。

圖11 氣囊破口位置不同時(shí)子彈運(yùn)動姿態(tài)比較Fig.11 Comparison of projectile attitudes at different ruptured positions of gasbag

由圖12(c)可以看出,氣囊在不同位置破裂時(shí),彈底所受的最大壓力變化大致相同,起初都在極短的時(shí)間內(nèi)迅速增大,然后緩慢下降到接近大氣壓力。這是由于氣囊破裂時(shí),氣囊內(nèi)的高壓氣體迅速流出,流體在子彈前緣迅速堆積,彈底壓力迅速增大。

綜上所述,當(dāng)破口在中心位置和短邊側(cè)時(shí)相對于氣囊未發(fā)生破裂時(shí)對子彈的姿態(tài)影響較大。氣囊破口在中心位置時(shí)對子彈的速度影響最大,在短邊側(cè)時(shí)對子彈的角速度影響最大。氣囊破口在長邊側(cè)時(shí)與氣囊未發(fā)生破裂時(shí)對子彈的速度與角速度影響很小。

圖12 氣囊破口位置不同時(shí)各參數(shù)的比較Fig.12 Comparison of various parameters at different ruptured positions of gasbag

3 結(jié)論

針對子母彈燃?xì)饽以趻伻龇蛛x試驗(yàn)中出現(xiàn)的氣囊破裂情況,本文建立了氣囊拋彈的三維動力學(xué)模型,基于Fluent軟件,通過編譯UDF將六自由度剛體動力學(xué)方程結(jié)合流體控制方程進(jìn)行耦合,對氣囊破裂自由射流流場結(jié)構(gòu)及子母彈拋撒過程中氣囊破裂射流流場結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析對比,并對不同破口位置的氣囊射流流場進(jìn)行了仿真分析,得到了如下結(jié)論:

1)通過對氣囊破裂自由流場及子母彈燃?xì)饽异o態(tài)拋撒氣囊破裂射流流場的分析得出:射流初始階段,子彈的存在對氣囊破裂射流流場出流空間影響較大,含子彈時(shí)囊內(nèi)壓力和破口壓力較自由射流下降緩慢,隨子彈逐漸遠(yuǎn)離氣囊,囊內(nèi)高壓氣體的排出,破口出流空間逐漸增大,子彈對射流空間的影響也越來越小,上述兩種截平面內(nèi)射流都逐步轉(zhuǎn)向自由射流。

2)通過對射流初始階段不同破口位置的氣囊射流流場分析得出:由于子彈與氣囊破口空間位置的不同,射流流場結(jié)構(gòu)在不同截平面的形式不同。當(dāng)氣囊破口在中心位置時(shí),在破口橫向截平面上,形成一個(gè)類似圓柱繞流的流場結(jié)構(gòu);破口縱向截平面上,射流流場可看作是平面紊動射流流場到固定平壁面的復(fù)雜流場;當(dāng)氣囊破口在長邊側(cè)時(shí),在破口橫向截平面內(nèi),射流流場從類似于圓柱繞流的流場結(jié)構(gòu)變成了類似于附壁射流流場結(jié)構(gòu)形式,在破口縱向截平面內(nèi),子彈很快消失了,流場結(jié)構(gòu)逐漸過渡到一般的平面紊動自由射流流場結(jié)構(gòu);當(dāng)氣囊破口在短邊側(cè)時(shí),子彈在破口橫向截平面內(nèi)射流流場結(jié)構(gòu)與氣囊在中心位置破裂時(shí)的流場結(jié)構(gòu)相似,類似于圓柱繞流流場。破口在縱向截平面內(nèi)射流流場每一時(shí)刻的流場結(jié)構(gòu)可近似等效為一般噴嘴射流到非對稱固定平壁面的射流流場。

3)當(dāng)氣囊破口在中心位置和短邊側(cè)時(shí)相對于氣囊未發(fā)生破裂時(shí)對子彈的姿態(tài)影響較大。氣囊破口在中心位置時(shí)對子彈的速度影響最大,在短邊側(cè)時(shí)對子彈的角速度影響最大。氣囊破口在長邊側(cè)時(shí)與氣囊未發(fā)生破裂時(shí)對子彈的速度與角速度影響很小。

4)本文的研究結(jié)果對研究子母彈分離過程氣囊破裂射流流場的特性,對分析子彈受力,預(yù)估子彈飛行彈道,了解囊破射流流場對子彈運(yùn)動的作用機(jī)理和影響規(guī)律具有參考價(jià)值。

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Simulation Analysis on Jet Flow Field Structure Characteristic of Static Scattering Combustion Gasbag of Submunition

NING Hui-jun1,HUANG Kai2,WANG Jin-long3,ZHANG Cheng3,TAO Ru-yi3,WANG Hao3
(1.School of Civil Engineering,Henan University of Science and Technology,Luoyang 471023,Henan,China; 2.Shanghai Micropowers Co.,Ltd.,Shanghai 201203,China; 3.School of Power and Engineering,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing 210094,Jiangsu,China)

A three-dimensional dynamic model of the combustion gasbag rupture projector structure is established to research the rupture of gasbag and its influence on projectile motion during the test of the combustion gasbag.The gasbag rupture jet flow field is simulated by using computational fluid dynamics,and software Fluent the six degrees of freedom equation of rigid body motion is coupled with the fluid governing equation.The variation rule of the internal pressure of gasbag is obtained by comparing the jet flow structure characteristics of free jet and the gasbag rupture jet generated in the dispersal process of submunition.The gasbag rupture jet with different ruptured position at gasbag is simulated,the variation of the internal pressure of gasbag and its influence on projectile motion is obtained.The calculated results show that the existence of the projectile had a great effect on the jet space,and the gasbag rupture jet flow structure is very different from the free jet flow structure.When the gasbag is ruptured at the center posi-tion,it has the greatest impact on the internal pressure of gasbag;and when the gasbag is ruptured at the center or at the short side,it has the greatest impact on the attitude of projectile.

ordnance science and technology;combustion gasbag;gasbag rupture;free jet flow;field structure;motion attitude

TJ012

A

1000-1093(2016)01-0001-09

2015-03-03

寧惠君(1985—),女,講師,博士。E-mail:ninghui85@163.com

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