超聲速流動中底部排氣減阻的數(shù)值研究

卓長飛，武曉松，封鋒

摘要：底部排氣減阻的原理的是在炮彈底部附加一個排氣裝置，向底部低壓區(qū)排入低動量高溫氣體，達(dá)到提高底部壓力、減小阻力的目的。為了深入研究超聲速流動中底部排氣技術(shù)以及減阻特性，采用高精度高分辨率的AUSMPW+迎風(fēng)通量分裂格式、k-ωSST湍流模型、8組分12反應(yīng)化學(xué)動力學(xué)模型、二階矩湍流燃燒模型耦合求解三維帶化學(xué)反應(yīng)的Navier-Stokes方程，發(fā)展了一套基于多塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的三維化學(xué)反應(yīng)流CFD求解器，并對該 CFD求解器數(shù)值方法的有效性和可靠性進(jìn)行了驗證。在此基礎(chǔ)上，建立了超聲速底部流動與燃燒模型，對超聲速流動底部排真實氣體的化學(xué)反應(yīng)流場進(jìn)行詳細(xì)研究，分析了了各個因素影響底部壓力的規(guī)律和機(jī)理。計算結(jié)果表明，（1）隨著排氣參數(shù)的增大，底壓比將先增大后減小，然后再增大。該變化規(guī)律分為兩個原理區(qū)：底部排氣減阻區(qū)（排氣參數(shù)I小于0.01）和火箭加速增程區(qū)（排氣參數(shù)I大于0.01）。在本文研究的工況下，底排減阻區(qū)最佳排氣參數(shù)的范圍為 0.003～0.005。在該區(qū)域內(nèi)排氣參數(shù)較小，即底排裝置所攜帶的燃料更少，同時又能獲得較滿意的減阻效果。（2）排氣參數(shù)對底壓比影響的機(jī)理是底部排氣的加質(zhì)作用直接影響底部流場結(jié)構(gòu)。當(dāng)排氣參數(shù)較小時，底部排氣能后推初始回流區(qū)一部分，同時能在彈底回流，抬高自由剪切層，減小了超聲速自由來流的膨脹程度，從而提高了底部壓力。當(dāng)排氣參數(shù)較大時，初始回流區(qū)體積減小，底部的排氣僅僅有小部分填充彈底，導(dǎo)致自由剪切層外緣位置反而降低，提高底部壓力效果并不明顯。（3）當(dāng)排氣參數(shù)較小時，底壓比基本不隨排氣面積的改變而改變；當(dāng)排氣參數(shù)較大時，排氣面積越大，底壓比也將越大。在排氣減阻區(qū)內(nèi)，大排氣動量對底部流場具有破壞作用。當(dāng)排氣參數(shù)較小，排出的氣體動量較低，排氣面積的改變未能造成排氣動量的大幅度改變，因此底壓比基本不會變化。而當(dāng)排氣參數(shù)較大時，排出的氣體已經(jīng)具有較高動量，較大的排氣面積對應(yīng)較小的排氣動量，因而底壓較高。（4）在最佳排氣減阻區(qū)內(nèi)，提高排氣總溫對提高底壓比是有利的。排氣總溫越大，對應(yīng)的底壓比最大值也將增大。排氣總溫對底壓比的影響機(jī)理主要是高溫氣體進(jìn)入底部流場中，使得回流區(qū)的氣體膨脹，體積增大，減小了自由剪切層在彈底拐點的偏轉(zhuǎn)角，減弱了超聲速氣流在彈底的膨脹程度，從而提高底部壓力。（5）富燃?xì)怏w在底部流場的二次燃燒能提高底部流場的溫度，有利于提高底壓比；燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，則底排氣體中富燃?xì)怏w含量增加，二次燃燒越強(qiáng)，從而提高底壓比。

來源出版物：兵工學(xué)報, 2014, 35(1): 18-26

入選年份：2017

考慮維修能力的戰(zhàn)時備件資源配置方法研究

王正元，曹繼平，朱昱，等

摘要：戰(zhàn)時備件資源配置問題研究對贏得戰(zhàn)爭勝利具有重要意義，未來戰(zhàn)場上裝備維修保障空間范圍廣、任務(wù)重、時效性強(qiáng)，如何充分利用有限備件資源保障部隊作戰(zhàn)需要是一個亟待解決的問題。論文分析了作戰(zhàn)裝備、作戰(zhàn)任務(wù)、維修保障機(jī)構(gòu)、備件倉庫和作戰(zhàn)環(huán)境交通狀況等因素對備件配置的影響，分別提出了維修中心備件配置模型和伴隨保障分隊備件配置模型；綜合考慮武器裝備的毀損情況、故障裝備修復(fù)能力和作戰(zhàn)任務(wù)的時限要求，根據(jù)戰(zhàn)時裝備維修保障任務(wù)的特點，在盡可能滿足作戰(zhàn)任務(wù)需求的條件下，以成套完好的武器裝備套數(shù)和零散各型備件數(shù)量最小化為目標(biāo)，建立了考慮維修能力的戰(zhàn)時備件資源配置優(yōu)化模型。模型按照以下步驟求解：（1）輸入作戰(zhàn)任務(wù)情況、作戰(zhàn)單元信息、武器裝備故障信息、可整體更換的裝備組合、伴隨保障分隊維修能力、武器裝備倉庫以及道路網(wǎng)信息；（2）計算每個作戰(zhàn)單元在作戰(zhàn)任務(wù)各階段的時間裕度；（3）計算作戰(zhàn)任務(wù)各階段使用的武器裝備故障后所需的維修時間以及伴隨保障分隊修復(fù)這些故障裝備所需時間；（4）根據(jù)一個作戰(zhàn)單元的各階段作戰(zhàn)任務(wù)的時間裕度和所需全部武器裝備故障后所需維修時間，確定伴隨保障分隊攜帶哪些階段作戰(zhàn)任務(wù)使用的武器裝備故障后維修所需備件；（5）根據(jù)各個作戰(zhàn)單元配屬的伴隨保障分隊可完成維修任務(wù)的具體情況，調(diào)整攜帶備件資源，使得補(bǔ)充成套武器裝備的總數(shù)量相對均衡且數(shù)量最少。研究表明：（1）影響戰(zhàn)時備件資源配置的因素主要有武器裝備自身的可靠性、遭受打擊造成損毀、作戰(zhàn)任務(wù)的時限性和伴隨保障分隊的維修能力；（2）確定作戰(zhàn)任務(wù)某階段維修任務(wù)全部由伴隨保障分隊承擔(dān)時，只需攜帶維修任務(wù)所需備件，不需要另外配送相應(yīng)的成套武器裝備；（3）減少戰(zhàn)時維修中心和伴隨保障分隊配備備件資源重疊的部分，可以減少配置備件總量；（4）配備備件資源總量最小時，戰(zhàn)時維修保障資源配置多目標(biāo)優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為成套武器裝備配送量最小化的單目標(biāo)模型；（5）對于成套武器裝備配送量最小化的單目標(biāo)模型，調(diào)整故障裝備維修任務(wù)分配方案，可實現(xiàn)成套武器裝備配送量最小化。論文從維修能力角度提出的戰(zhàn)時維修保障資源配置優(yōu)化模型突出了戰(zhàn)時維修任務(wù)的特點，盡可能不影響作戰(zhàn)任務(wù)的正常進(jìn)行，求解方法計算量小，求解過程簡單，依據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)各階段時間裕度和故障裝備修復(fù)時間將維修任務(wù)分配給維修中心和伴隨保障分隊，伴隨保障分隊不能及時修復(fù)時配送相應(yīng)的成套武器裝備。實驗結(jié)果表明：采用本文方法可有效降低備件資源的供應(yīng)量，一定條件下可確保作戰(zhàn)任務(wù)在給定的時間窗口內(nèi)完成。

來源出版物：兵工學(xué)報, 2014, 35(5): 719-724

入選年份：2017