【正文】 激波形成。 但是與超音速圖 和 條件下的 速度云圖比較 ， 速度云圖曲線更加接近圓形并且更遠。原彈型和制動彈丸的繞流流場速度云圖，與超音速和跨音速速度云圖比較可以看出，氣體流速的變化。 不同氣泡結(jié)構(gòu)對阻力系數(shù)影響的分析 彈丸的空氣阻力 [3134]，在超音速與跨音速時，包括摩阻、渦阻和波阻三個部分；而在亞音速是則沒有波阻。 馬赫數(shù)為0 . 8 ，不同氣泡長度，阻力系數(shù)隨攻角的變化0 5 10 15203040馬赫數(shù)為1 . 0 3 ，不同氣泡長度，阻力系數(shù)隨攻角的變化0 5 10 15203040 圖 Ma=， 不同 氣泡長度 ， 圖 Ma=， 不同 氣泡長度 ， 阻力系數(shù)隨攻角變化 圖 阻力系數(shù)隨攻角變化圖 馬赫數(shù)為2 ，不同氣泡長度，阻力系數(shù)隨攻角的變化00 5 10 15203040馬赫數(shù)為3 ，不同氣泡長度，阻力系數(shù)隨攻角的變化00 5 10 15203040 圖 Ma=2， 不同 氣泡長度 ， 圖 Ma=3， 不同 氣泡長度 ， 阻力系數(shù)隨攻角變化 圖 阻力系數(shù)隨攻角變化圖 由以上曲線對比看出馬赫數(shù)一定 的 情況下，不同 氣泡長度 的阻力系數(shù)隨攻角的變化趨勢相似。時， 氣泡長度 為 40mm的阻力系數(shù)分別為 、 、 ，可見 長度為 40mm 的 阻力系數(shù) 最大， 長度為20mm 的 阻力系數(shù) 最小，并且都是以 1:1 的比例趨勢增長。不同 氣泡長度 ， 圖 攻角為 5176。從跨音速到超音速阻力系數(shù)下降，在 Ma=3 時，阻力系數(shù)最小。下面主要依據(jù) Fluent 算得的數(shù)據(jù)來得出不同 氣泡寬度 對氣動特性的影響，從而觀察阻力系數(shù)與不同 氣泡寬度 之間的關(guān)系。 馬赫數(shù)為0 . 8 ，不同氣泡寬度，阻力系數(shù)隨攻角的變化00 5 10 152馬赫數(shù)為1 . 0 3 ，不同氣泡寬度，阻力系數(shù)隨攻角的變化0 5 10 152 圖 Ma=， 不同 氣泡寬度 ， 圖 Ma=， 不同 氣泡寬度 ， 阻力系數(shù)隨攻角變化 圖 阻力系數(shù)隨攻角變化圖 馬赫數(shù)為2 ，不同氣泡寬度，阻力系數(shù)隨攻角的變化00 5 10 152馬赫數(shù)為3 ，不同氣泡寬度，阻力系數(shù)隨攻角的變化00 5 10 152 圖 Ma=2， 不同 氣泡寬度 ， 圖 Ma=3， 不同 氣泡寬度 ， 阻力系數(shù)隨攻角變化 圖 阻力系數(shù)隨攻 角變化圖 阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化 圖 到圖 分別為 氣泡長度為 30mm， 高度 1mm， 攻角為 0176。 不同 寬度 時，阻力系數(shù)隨 馬赫數(shù) 的變化曲線。 攻角為0 度，不同氣泡寬度，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化00 1 2 3 42攻角為5 度，不同氣泡寬度，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化00 1 2 3 42 圖 攻角為 0176。不同氣泡寬度 ， 阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)變化 圖 阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)變化圖 不同氣泡高度時，阻力系數(shù)變化 通過改變 氣泡高度 觀察 彈丸 的氣動特性， 控制氣泡凸起不同高度， 即 、1mm、 。都是隨著攻角的增大阻力系數(shù) 增長 ， 比較四種馬赫數(shù)情況下的阻力系數(shù)增長幅度， 馬赫數(shù)情況下，增長幅度最大， 3 馬赫數(shù)情況下，增長幅度最小，由此可以得出氣泡高度在低馬赫數(shù)時對彈丸阻力影響較大。、12176。從跨音速到超音速時，隨著馬赫數(shù)的增加阻力系數(shù)變小，到 Ma=3 時，達到最小值。不同 氣泡高度 ， 圖 攻角為 12176。由 以下曲線對比看出馬赫數(shù)一定得情況下，不同 氣泡高度 的阻力系數(shù)隨攻角的變化趨勢相似。、 8176。首先由亞音速到跨音速，隨著馬赫數(shù)增加阻力系數(shù)增大， 在 Ma= 時 阻力系數(shù)達到最大值 。不同 氣泡數(shù)量 ， 圖 攻角為 5176。 阻力系數(shù)隨攻角的變化 圖 為 氣泡長度 30mm，寬度 2mm，高度 時， 不同 馬赫數(shù) ，阻力系數(shù)隨 攻角 變化曲線圖。從圖中又可以看出：當(dāng)來流馬赫數(shù)為 時所受到的阻力最大。 從跨音速到超音速時，隨著馬赫數(shù)的增加阻力系數(shù)變小，到 Ma=3 時，達到最小值 氣泡長度3 0 m m ，寬度2 m m ，高度1 m m ，個數(shù)3 ，不同攻角時，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化00 1 2 3 402581012 圖 氣泡結(jié)構(gòu)固定 ，不同 攻角 ,阻力系數(shù)隨 馬赫數(shù) 變化 圖 不同氣泡結(jié)構(gòu)對升力系數(shù)影響的分析 相似于彈丸阻力系數(shù)的表達式，彈丸的升力系數(shù) [3134]表達式為： SvRc yy 22?? (43) 式中， yR 為彈丸的升力， 2/2vq ?? 稱為速度頭或壓力頭，它是單位體積中氣體質(zhì)量的動能； v 為彈丸相對于空氣的速度； ? 為空氣密度； S 為特征面積，取彈丸最大橫截面積，此時 4/2dS ?? 。下面主要根據(jù)不同氣泡長度，根據(jù) Fluent 算得的升力系數(shù)數(shù)值。當(dāng)馬赫數(shù)一定時，不同 氣泡長度 的升力系數(shù)隨攻角變化趨勢大致相同 ， 都是隨著攻角的增加，升力系數(shù)增大。 升力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化 圖 到圖 分別為攻角為 0 度、 5 度、 8 度、 12 度，氣泡寬度、高度、數(shù)量一定，不同氣泡長度時，升力系數(shù)隨著馬赫數(shù)的變化曲線。不同 氣泡長度 ， 圖 攻角為 12176。綜上所述，攻角時升力系數(shù)的主要影響因素。 升力系數(shù)隨攻角的變化 圖 到圖 分別為馬赫數(shù)為 、 、 3，氣泡長度、高度、數(shù)量一定，不同氣泡寬度時，升力系數(shù)隨著攻角的變化曲線。下面主要根據(jù)不同氣泡寬度，根據(jù) Fluent 算得的升力系數(shù)數(shù)值。當(dāng)馬赫數(shù)一定時，比較四個曲線圖，可以看出升力系數(shù)隨著攻角的增大而增大，攻角 0 度時升力系數(shù)最大值為 ，攻角 12 度時升力系數(shù)最大值為,。不同 氣泡長度 ， 圖 攻角為 5176。由圖中三條曲線 的位置關(guān)系可以說明，氣泡越長升力系數(shù)越大，但變化的很小。 升力系數(shù)隨攻角的變化 圖 到圖 分別為馬赫數(shù)為 、 、 3，氣泡寬度、高度、數(shù)量一定，不同氣泡長度時，升力系數(shù)隨著攻角的變化曲線。 不同氣泡長度時，升力系數(shù)變化 彈體頭部集成了微氣泡制動器陣列，當(dāng)微氣泡不工作時彈丸具有對稱的外形，但是當(dāng)微氣泡制動器工作時就會使彈體外形不對稱，影響彈體兩側(cè)壓力的分布，進而使彈丸產(chǎn)生一個側(cè)向力，我們通過控制微氣泡制動的位置來調(diào)節(jié)側(cè)向力的方向，這里我們將其定義為升力。由以下曲線 可以看出對于同一個模型 ，不同攻角的阻力系數(shù)隨隨馬赫數(shù)的變化趨勢相似。都是隨著攻角的增大阻力系數(shù)變化不大，等值線接近水平。不同 氣泡數(shù)量 ， 圖 攻角為 12176。 當(dāng)攻角一定時，又可得出氣泡凸起數(shù)量越多，阻力系數(shù)越大。 不同 數(shù)量 時，阻力系數(shù)隨 馬赫數(shù) 的變化曲線。 馬赫數(shù)為0 . 8 ，不同氣泡數(shù)量，阻力系數(shù)隨攻角的變化00 5 10 15358馬赫數(shù)為1 . 0 3 ，不同氣泡數(shù)量，阻力系數(shù)隨攻角的變化0 2 4 6 8 10 12 14358 圖 Ma=， 不同 氣泡數(shù)量 ， 圖 =， 不同 氣泡數(shù)量 ， 阻力系數(shù)隨攻角變化 圖 阻力系數(shù)隨攻角變化圖 馬赫數(shù)為2 ，不同氣泡數(shù)量，阻力系數(shù)隨攻角的變化00 2 4 6 8 10 12 14358馬赫數(shù)為3 ，不同氣泡數(shù)量，阻力系數(shù)隨攻角的變化00 5 10 15358 圖 Ma=2， 不同 氣泡數(shù)量 ， 圖 Ma=3， 不同 氣泡數(shù)量 ， 阻力系數(shù)隨攻角變化 圖 阻力系數(shù)隨攻角變化圖 阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化 圖 到圖 分別為 氣泡長度為 30mm， 寬度 2mm， 高度 1mm， 攻角為0176。下面主要依據(jù) Fluent 算得的數(shù)據(jù)來得出不同 氣泡數(shù)量 對氣動特性的影響，從而觀察阻力系數(shù)與不同 氣泡數(shù)量 之間的關(guān)系。不同 氣泡高度 ， 圖 攻角為 5176。 由以下曲線對比看出攻角一定得情況下，不同 氣泡高度 的阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化趨勢相似。、 5176。 阻力系數(shù)隨攻角的變化 圖 到圖 分別為 氣泡長度為 30mm， 寬度 2mm， Ma=、 、 3，不同 高度 時，阻力系數(shù)隨攻角的變化曲線。不同 氣泡寬度 ， 阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)變化 圖 阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)變化圖 攻角為8 度，不同氣泡寬度，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化00 1 2 3 42攻角為1 2 度，不同氣泡寬度，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化00 1 2 3 42 圖 攻角為 8176。首先由亞音速到跨音速，隨著馬赫數(shù)增加阻力系數(shù)增大， 在 Ma= 時 阻力系數(shù) 達到最大值 。、 8176。由以下曲線對比看出馬赫數(shù)一定得情況下，不同 氣泡寬度 的阻力系數(shù)隨攻角的變化趨勢相似。 40mm 氣泡長度時阻力最大，也是因為迎風(fēng)面投影面積最大，所受空氣阻力最大的原 因所致。 不同 氣泡長度 ， 圖 攻角為 12176。 阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化 圖 到圖 為氣泡寬度 2mm、高度 1mm、數(shù)量 3 個， Ma=、 、 3，不同 氣泡長度 時，阻力系數(shù)隨 馬赫數(shù) 的變化曲線。之所以隨 氣泡長度 的增大，阻力系數(shù)越大，是因為 氣泡長度 越大，其迎風(fēng)的投影面積就越大，即所受空氣阻力就越大。 Ma飛行馬赫數(shù)， scvMa /? ， sc 為聲速。 第 4 章 制動彈丸的氣動布局分析 通過前面的微氣泡陣列在彈體頭錐內(nèi)集成的設(shè)計，及微氣泡薄膜變形位移仿真，利用流體力學(xué)軟件對微氣泡作用下的彈丸氣動力特性進行分析，包括阻力、升力等。原彈型和制動彈丸的繞流流場壓力云圖，亞音速時激波強度較弱，這是因為亞音速時 彈丸所受到得阻力主要是摩阻和渦阻。 圖 原彈型跨音速壓力云圖 圖 制動彈跨音速壓力云圖 圖 原彈型跨音速速度云圖 圖 制動彈跨音速速度云圖 如圖 和 分別是 Ma= 攻角為 0176。制動彈丸頭部和原彈型頭部對比，由于微氣泡對彈丸頭部氣流的影響，制動彈丸頭部速度曲線有較強的擾動。 當(dāng)微氣泡制動器在彈體頭部作用時，制動彈丸壓力云圖如圖 所示，與圖 的對比可以看出，彈體頭部產(chǎn)生 的附體激波增強，微氣泡迎風(fēng)面有壓力集中。 圖 原彈型超音速壓力云圖 圖 制動彈超音速壓力云圖 圖 原彈型超音速速度云圖 圖 制動彈超音速速度圖 圖 時 Ma= 攻角為 0176。； （ 3） 氣泡長度為 ： 20mm、 30mm、 40mm； （ 4） 氣泡寬度為 ： 、 2mm、 ； （ 5） 氣泡高度 為： 、 1mm、 ； （ 6） 氣泡個數(shù) 為： 8； 制動彈繞流流場數(shù)值模擬 空氣的流動狀態(tài)一般難以直接觀察，采用 Fluent 軟件仿真是將空氣的流動轉(zhuǎn)化為曲線的形式繞流流場來顯示。、 5176。 (4) 求解時設(shè)置壓力項的松弛因子為 、湍動能與湍流耗散率項的松弛因子為、密度與質(zhì)量力項為 1。外流場的網(wǎng)格劃分比較稀疏，可以減小仿真計算的時間；而彈 丸 的網(wǎng)格劃分比較密，特別是在 頭錐部 ，可以提高仿真結(jié)果的準(zhǔn)確度。 圖 制動彈 外形圖 物理模型網(wǎng)格的劃分 網(wǎng)格劃分選擇專用的 CFD 前置處理器 Gambit，其劃分網(wǎng)格后的模型如圖 所示。本文在計算中采用了這種湍流模型， 如式 和 。 RNG 在形式上與標(biāo)準(zhǔn) kε 模型相似，但在如下幾方面作了改進 :首先該模型 ? 方程中存在的附加項增強了對迅速變形的流動預(yù)示的準(zhǔn)確性；其次， RNG 模型 中還包含了漩渦對湍流流動的影響，使得該模型對漩渦流動預(yù)示的準(zhǔn)確性也得到了提高。依據(jù)能量守恒定律，微元體中能量的增加率等于進入微元體的凈熱流通量加上表面力與質(zhì)量力對微元體所做的功，可得其表達式為： ? ? hj e f fjje f f SuJhTkp