【正文】 角處理，這樣以減小應(yīng)力集中避免薄膜脫落。 微氣泡制動(dòng)器制作過(guò)程中最關(guān)鍵的問(wèn)題是，在不損壞材料本身的前提下去除大面積的規(guī)模，最典型的犧牲層材料（氧化物、硅、光致抗蝕劑、金屬）是互不相容的，如揮發(fā)性腐蝕劑在長(zhǎng)期的曝光條件下對(duì)硅酮橡膠極為不利。商品名帕里綸（ Parylene），是通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制備的具有聚二甲撐苯撐結(jié)構(gòu)的聚合物薄膜的統(tǒng)稱，它有極其優(yōu)良的電性能、耐熱性、耐候 性和化學(xué)穩(wěn)定性，主要有 Parylene N（聚對(duì)二甲苯）、 Parylene C（聚一氯對(duì)二甲苯）和 Parylene D（聚二氯對(duì)二甲苯）三種。高壓氣體通入是硅酮橡膠脫離聚對(duì)二甲苯層，形成一層硅膠薄膜，在涂敷硅酮橡膠時(shí)采用硅樹(shù)脂溶液稀釋?zhuān)驗(yàn)楣柰鹉z的粘度很高，這樣可以得到較好的涂敷效果。在頭錐內(nèi)集成臨界狀態(tài)是微氣泡驅(qū)動(dòng)器與頭錐的輪廓匹配。沿氣動(dòng)系統(tǒng)的微氣泡驅(qū)動(dòng)器的頭錐內(nèi)的配置下圖。 以上的集成研究表明：存在頭錐 內(nèi)布置微氣泡驅(qū)動(dòng)器集成的可行性。由于實(shí)驗(yàn)費(fèi)用比較昂貴，本文采用理論計(jì)算和數(shù)值仿真兩種手段對(duì)微氣泡制動(dòng)器位移變形進(jìn)行驗(yàn)證。 首先將參數(shù) n， v代入公式（ ），（ ） 中計(jì)算得系數(shù) C1=， C2=。采用微氣泡薄膜四周固定，加載平面壓力載荷。 仿真結(jié)果如圖 所示 4000 6000 8000 10000 120xx 14000 16000200250300350400450500550600650壓力 P變形位移h 厚度 150厚度 200厚度 2506000 6500 7000 7500 8000 8500150200250300350400450500550長(zhǎng)度 b變形位移h 壓力 5000壓力 10000壓力 15000 （ a） 壓力和厚度 （ b） 壓力和長(zhǎng)度 圖 雙向影響位移變形分析 三向影響位移變形分析 為了分析輸入壓力和薄膜幾何形狀共同對(duì)薄膜變形位移的影響，分別按以下幾組情況進(jìn)行了仿真： （ a） 輸入壓力 5000pa 、 10000pa 、 15000pa ， 薄膜寬度 20xx m? 、 2200 m? 、 2400 m? ， 薄膜厚度 150 m? 、 200 m? 、 250 m? ； （ b） 輸入壓力 5000pa 、 10000pa 、 15000pa ， 薄膜長(zhǎng)度 6000 m? 、 7000 m? 、 8000 m? ， 薄膜 厚度 150 m? 、 200 m? 、 250 m? 。膜片的寬度比長(zhǎng)度對(duì)變形位移的影響較大，但是沒(méi)有厚度對(duì)其的影響大。膜片的厚度對(duì)微氣泡驅(qū)動(dòng)器的變形位移有不利的影響。這是一個(gè)顯然的結(jié)果。最后通過(guò)理論計(jì)算和數(shù)值仿真對(duì)微氣泡致動(dòng)器的薄膜在充氣狀態(tài)下的變形位移進(jìn)行分析，得出了輸入壓力和薄膜幾何外形與薄膜變形位移之間的關(guān)系。二者需要耗費(fèi)大量的財(cái)力物力。實(shí)驗(yàn)研究方法的特定是結(jié)果可靠，但是實(shí)驗(yàn)研究需要場(chǎng)地、儀器和大量的經(jīng)費(fèi)，研究周期相對(duì)長(zhǎng) [22][23]。因此，動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，高效數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，靈活的求解控制都是可能的。 計(jì) 算中網(wǎng)格的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程可以用三種模型進(jìn)行計(jì)算，即局部重劃模型(local remeshing) 、動(dòng)態(tài)分層模型 (dynamic layering)和彈簧近似光滑模型(springbased smoothing)。 4. 多種數(shù)值算法 Fluent 軟件采用有限體積法，提供了三種數(shù)值算法：耦合隱式算法、非耦合隱式算法、耦合顯示算法，可適應(yīng)于不可壓、亞音速、跨音速、超音速乃至高超音速流動(dòng)。此外， Gambit 含有CAD/CAE 接口，可以方便地從其他 CAD/CAM 軟件中導(dǎo)入建好的集合模型或網(wǎng)格； Fluent 解算功能的不斷完善確保了 Fluent 對(duì)于不同的問(wèn)題都可以得到很好的收斂性、穩(wěn)定性和精度。它們之間的關(guān)系如圖 所示。如果流動(dòng)涉及不同組分的混合或相互作用，還要遵守組分守恒定律。其定律表述為：任何控制微元中流動(dòng)動(dòng)量對(duì)時(shí)間的變化率等于外界作用在微元上各力之和， 用數(shù)學(xué)式表示為： dtdvmF ?? ? () 由流體的黏性本構(gòu)方程得到直角坐標(biāo)系下的動(dòng)量守恒方程， NS方程： )](3[)()()( zwyvxuuxzuuzyuuyxuuxxpFdtdu x ?????????????????????????????? ?? )](3[)()()( zwyvxuuxzuuzyuuyxuuxypFdtdv y ?????????????????????????????? ?? () )](3[)()()( zwyvxuuxzuuzyuuyxuuxxpFdtdw z ?????????????????????????????? ?? （連續(xù)性方程） 任何流體問(wèn)題都要滿足質(zhì)量守恒方程，即連續(xù)性方程。 能量守恒定律是包含有熱交換的流動(dòng)系統(tǒng)必須遵循的基本定律，其本質(zhì)是熱力學(xué)第一定律。 1993 年對(duì) ??k 模型進(jìn)行了改進(jìn)，提出了 “Renormalization Group Method” 的方法，即 RNG 模型。以上特征使得 RNG ??k 模型能模擬比標(biāo)準(zhǔn)??k 模型 更廣范圍地湍流流動(dòng)，并且更準(zhǔn)確可靠。 彈道修正彈氣動(dòng)模型建立 修正彈的三維實(shí)體模型 本設(shè)計(jì)以某型炮彈為背景，建立了 頭錐內(nèi)集成微氣泡陣列的彈丸 模型，外形如圖 ，同時(shí)計(jì)算仿真了不同炮彈彈形的繞流流場(chǎng)，并進(jìn)行了對(duì)比分析，以期獲得 制動(dòng)彈 彈形的變化對(duì)彈丸氣動(dòng)特性的影響?？臻g網(wǎng)格的劃分采用 四 面體網(wǎng)格。 (3) 選擇耦合求解方式，由于本文是結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，數(shù)值計(jì)算中差分格式選取三階迎風(fēng)格式及 QUIK 迎風(fēng)格式仿真計(jì)算。、 2176。、 12176。由此可見(jiàn)，對(duì)于超音速和跨音速?gòu)椡?，除受上述的摩阻、渦阻作用外，還必然受伴隨激波出現(xiàn)而產(chǎn)生的所謂波阻的作用。彈底渦流開(kāi)始時(shí)沿底部壁面分布，然后逐漸向后方軸線靠近，最后在彈底分離，形成低壓區(qū)。時(shí)的速度云圖，由速度云圖也可以看出流經(jīng)彈丸外流場(chǎng)空氣的運(yùn)動(dòng)變化，原彈型頭部和尾部速度比較，由于尾激波的影響彈體尾部速度較低。但是與超音速圖 和 條件下的流場(chǎng)比較，由于頭部引信的原因，隨著氣流流速的降低，激波更加密集，激波傾角增大，尤其是頭部，激波接近圓形并且更遠(yuǎn)。 亞音速模擬對(duì)比 如圖 和 .14 分別是 Ma= 時(shí)攻角為 0176。 圖 圖 制動(dòng)彈亞音速壓力云圖 圖 圖 本章小結(jié) 本章在流體力學(xué)的基礎(chǔ)上，對(duì)彈丸外彈道飛行過(guò)程中的空氣動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了數(shù)學(xué)模型的分析，確立了彈丸的外流場(chǎng)的邊界條件，應(yīng)用計(jì)算流體軟件 Fluent 分析了不同微氣泡制動(dòng)器結(jié)構(gòu)下彈丸的流場(chǎng)壓力和流場(chǎng)速度，并對(duì)超音速、跨音速、亞音速條件下流場(chǎng)進(jìn)行了對(duì)比，從而得出在原有彈丸上安裝微氣泡制動(dòng)器對(duì)原有彈丸的影響。由空氣動(dòng)力學(xué)知，空氣阻力的表達(dá)式為 )(22 MaScvRxx ?? , 22vq ?? (41) 式中， 2/2vq ?? 稱為速度頭或動(dòng)壓頭，它是單位體積中氣體質(zhì)量的動(dòng)能； v 為彈丸相對(duì)于空氣的速度； ? 為空氣密度； S 為特征面積，取彈丸的最大橫截面積，此時(shí) 4/2dS ?? 。都是隨著攻角的增大阻力系數(shù)增大，而且都是 40mm 氣泡長(zhǎng)度時(shí) 阻力系數(shù)最大， 30mm處于中間， 20mm 阻力系數(shù)最小。由圖 可知馬赫數(shù)為 時(shí) xc 值在 之間，圖 知馬赫數(shù)為 時(shí) xc 值在 之間，圖 知，馬赫數(shù)為 2 時(shí) xc 值在 之間，圖 知，馬 赫數(shù)為 3時(shí) xc 值在 之間，由此可見(jiàn)，馬赫數(shù)為 時(shí)，阻力系數(shù)最大。不同氣泡長(zhǎng)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，不同氣泡長(zhǎng)度，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化00 1 2 3 4203040攻角為1 2 度，不同氣泡長(zhǎng)度，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化00 1 2 3 4203040 圖 攻角為 8176。由圖 可見(jiàn)，同樣是隨 氣泡長(zhǎng)度 增加，阻力系數(shù)增大。 阻力系數(shù)隨攻角的變化 圖 到圖 分別為 氣泡長(zhǎng)度為 30mm， 高度 1mm， Ma=、 、 3， 不同 寬度 時(shí)，阻力系數(shù)隨攻角的變化曲線。、 5176。 由以下曲線對(duì)比看出攻角一定得情況下，不同 氣泡寬度 的阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化趨勢(shì)相似。不同 氣泡寬度 ， 圖 攻角為 5176。下面主要依據(jù) Fluent 算得的數(shù)據(jù)來(lái)得出不同 氣泡高度 對(duì)氣動(dòng)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 ，不同氣泡高度，阻力系數(shù)隨攻角的變化0 2 4 6 8 10 12 141馬赫數(shù)為1 . 0 3 ，不同氣泡高度，阻力系數(shù)隨攻角的變化0 2 4 6 8 10 12 141 圖 Ma=， 不同 氣泡高度 ， 圖 =， 不同 氣泡高度 ， 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 ，不同氣泡高度，阻力系數(shù)隨攻角的變化0 5 10 151馬赫數(shù)為3 ，不同氣泡高度，阻力系數(shù)隨攻角的變化00 5 10 151 圖 Ma=2， 不同 氣泡高度 ， 圖 Ma=3， 不同 氣泡高度 ， 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(zhǎng)度為 30mm， 寬度 2mm， 攻角為 0176。 不同 高度 時(shí)，阻力系數(shù)隨 馬赫數(shù) 的變化曲線。 攻角為0 度，不同氣泡高度，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化00 1 2 3 1攻角為5 度，不同氣泡高度，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化00 1 2 3 41 圖 攻角為 0176。不同 氣泡高度 ， 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 不同氣泡數(shù)量時(shí)，阻力系數(shù)變化 通過(guò)改變 氣泡凸起數(shù)量 觀察 彈丸 的氣動(dòng)特性， 氣泡凸起數(shù)量分別為 、1mm、 。都是隨著攻角的增大阻力系數(shù) 增長(zhǎng) ， 并且每條曲線的增長(zhǎng)率幾乎相同，阻力系數(shù)成線性增長(zhǎng)。、 12176。 從跨音速到超音速時(shí)，隨著馬赫數(shù)的增加阻力系數(shù)變小，到 Ma=3時(shí)，達(dá)到最小值。不同氣泡數(shù)量 ， 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，不同氣泡數(shù)量，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化00 1 2 3 4358攻角為1 2 度，不同氣泡數(shù)量，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化00 1 2 3 4358 圖 攻角為 8176。由以下曲線 可以看出 ，不同馬赫數(shù)的阻力系數(shù)隨攻角的變化趨勢(shì)相似。 氣泡長(zhǎng)度3 0 m m ，寬度2 m m ，高度1 m m ，個(gè)數(shù)3 ，不同馬赫數(shù)時(shí)，阻力系數(shù)隨攻角的變化00 5 10 1523 圖 氣泡結(jié)構(gòu)固定 ，不同馬赫數(shù) ,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 為 氣泡長(zhǎng)度 30mm，寬度 2mm，高度 時(shí)， 不同攻角，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)變 化曲線圖。 Ma飛行馬赫數(shù)， scvMa /? ， sc 為聲速。從而 觀察升力系數(shù)與氣泡長(zhǎng)度之間的關(guān)系。且隨著馬赫數(shù)不同，升力系數(shù)都在 — 之間，說(shuō)明馬赫數(shù)不同對(duì)升力影響很小。 攻角為0 度，不同氣泡長(zhǎng)度，升力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化00 1 2 3 4長(zhǎng)2 0長(zhǎng)3 0長(zhǎng)4 0攻角為5 度，不同氣泡長(zhǎng)度，升力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化00 1 2 3 4長(zhǎng)2 0長(zhǎng)3 0長(zhǎng)4 0 圖 攻角為 0176。不同氣泡長(zhǎng)度 ， 升力 系數(shù)隨馬赫數(shù)變化 圖 升力系數(shù)隨馬赫數(shù)變化圖 由以上曲線對(duì)比可以看出，當(dāng)攻角一定時(shí)，不同氣泡長(zhǎng)度升力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化 趨勢(shì)相似，都是由亞音速到跨音速升力系數(shù)增加，由跨音速到超音速升力系數(shù)減小。 ，升力系數(shù)變化 通過(guò)改變氣泡寬度觀察彈丸的升力特性，設(shè)定微氣泡長(zhǎng)度分別為 、2mm、 。 馬赫數(shù)為0 . 8 ，不同氣泡寬度，升力系數(shù)隨攻角的變化00 5 10 15寬1 . 5寬2寬2 . 5馬赫數(shù)為1 . 0 3 ，不同氣泡寬度，升力系數(shù)隨攻角的變化0