【正文】 場分成許多網(wǎng)格進行數(shù)值積分運算，獲得作用在彈表每一微元上的壓強，再進行全彈積分求得各個氣動力和氣動力矩分量。 2. 先進的動 /變形網(wǎng)格技術(shù) Fluent 在解決邊界移動的問題時采用動網(wǎng)和滑移網(wǎng)格技術(shù)。 Gambit 的主要功能是集合建模和網(wǎng)格劃分， Fluent 的功能是流場的解算及后處理。首先利用 Pro/e 進行流動區(qū)域幾何形狀的建立 ； 然后利用 GAMBIT 進行網(wǎng)格的生成以及邊界類型的設(shè)定，輸出后導入 FLUENT； 最后利用 FLUENT 求解器對流 動區(qū)域進行求解計算，并進行計算結(jié)果的后處理。第一項表 示控制體內(nèi)部質(zhì)量增量，第二項表示通過控制面的凈通量。 RNG 模型還采用了解析表達式計算湍流普朗特數(shù)，比標準 ??k 模型中采用用戶定義常量要準確。圖 是 彈丸表面網(wǎng)格 ，由于彈體結(jié)構(gòu)較復雜，所以在 GAMBIT 中選用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對 流場進行劃分 。 (5) 收斂準則以差分方程表示的連續(xù)方程兩邊的計算差小于 為基準。下面是在超音速 、跨音速、亞音速 來流下的繞流流場圖片，從以下圖片中可以直觀地看到彈體不同位置受力情況、激波的位置、激波的強弱、渦流區(qū)以及壓強高低的區(qū)別。由于微氣泡作用后，氣流流經(jīng)彈體頭部時，產(chǎn)生的強干擾影響。原彈型和制動彈的速度云圖，如圖可 見與超音速時 速度云圖 曲線類似， 微氣泡同樣對彈丸的氣流產(chǎn)生擾動。由于微氣泡陣列中每個微氣泡是單獨控制，因此微氣泡陣列有多種排列形式，下面主要針對微氣泡的尺寸和數(shù)量兩個方面來研究彈丸的氣動力。如圖 中，攻角 α=8176。不同氣泡長度 ， 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 如圖 至 所示 ，所有阻力系數(shù)曲線增長趨勢基本一致，且隨馬赫數(shù)的變化都遵循很理想的規(guī)律 :從亞音速到跨音速時阻力系數(shù)增大，在 Ma= 時，阻力系數(shù)達到最大。都是隨著攻 角的增大阻力系數(shù) 增長 ， 但是 、 3 馬赫數(shù)時阻力系數(shù)增長值較 馬赫數(shù)時增長值小，說明 在跨音速時，氣泡寬度 對氣動特性的影響 很大 。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。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。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 。 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， 高度 1mm， Ma=、 3，不同 數(shù)量 時，阻力系數(shù)隨攻角的變化曲線。 由以下曲線對比看出攻角一定得情況下，不同 氣泡數(shù)量 的阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化趨勢相似。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 不同攻角和馬赫數(shù)時，阻力系數(shù)變化 對于同一個模型 ， 當來流馬赫數(shù)固定，隨著攻角的變化，阻力系數(shù)會發(fā)生相應的變化 。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，到 Ma= 時達到最大值 。 馬赫數(shù)為0 . 8 ，不同氣泡長度，升力系數(shù)隨攻角的變化00 5 10 15長2 0長3 0長4 0馬赫數(shù)為1 . 0 3 ，不同氣泡長度，升力系數(shù)隨攻角的變化010 5 10 15長2 0長3 0長4 0 圖 Ma=， 不同 氣泡長度 ， 圖 =， 不同 氣泡長度 ， 升力 系數(shù)隨攻角變化 圖 升力 系數(shù)隨攻角變化圖 馬赫數(shù)為2 ，不同氣泡長度，升力系數(shù)隨攻角的變化00 5 10 15長2 0長3 0長4 0馬赫數(shù)為3 ，不同氣泡長度，升力系數(shù)隨攻角的變化00 5 10 15長2 0長3 0長4 0 圖 Ma=2， 不同 氣泡長度 ， 圖 Ma=3， 不同 氣泡長度 ， 升力 系數(shù)隨攻角變化 圖 升力 系數(shù)隨攻角變化圖 由以上曲線對比看出馬赫數(shù)不同時，其升力系數(shù)曲線變化趨勢相似。不同氣泡長度 ， 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 攻角為8 度，不同氣泡長度，升力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化00 1 2 3 4長2 0長3 0長4 0攻角為1 2 度，不同氣泡長度，升力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化010 1 2 3 4長2 0長3 0長4 0 圖 攻角為 8176。從而觀察升力系數(shù)與氣泡寬度之間的關(guān)系。根據(jù) 0 度攻角時，三條曲線的對比可以看出，氣泡長度越長升力系數(shù)越大，但是影響不大。綜上所述，攻角是影響升力系數(shù)的主要因素。 通過改變氣泡長度觀察彈丸的升力特性，設(shè)定微氣泡長度分別為 20mm、30mm、 40mm。說明僅僅攻角變化對氣動力的影響不大。 攻角為0 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5 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 0176。、 5176。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 攻角為8 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攻角為1 2 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 8176。、 8176。不同 氣泡寬度 ， 圖 攻角為 12176。、12176。 不同氣泡寬度時，阻力系數(shù)變化 通過改變 氣泡寬度 觀察 彈丸 的氣動特性， 將氣泡寬度分別設(shè)置為三種不同值， 即 、 2mm、 。 攻角為0度，不同氣泡長度，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化00 1 2 3 4203040攻角為5 度，不同氣泡長度，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化00 1 2 3 4203040 圖 攻角為 0176。 xc 為阻力系數(shù)，則其表達式為： SvRc xx 22?? (42) 不同氣泡長度時，阻力系數(shù)變化 通過改變 氣泡長度 來觀察 彈丸 的氣動特性， 將 30mm 長度的氣泡作為標準，在此長度基礎(chǔ)上分 別加減 10mm，得到三種不同長度的模型， 下面主要依據(jù) Fluent算得的數(shù)據(jù)來得出不同 氣泡長度 對 彈丸 氣動特性的影響，從而觀察阻力系數(shù)與不同 氣泡長度 之間的關(guān)系 阻力系數(shù)隨攻角的變化 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)隨攻角的變化曲線。 圖 和 分別是 Ma= 時攻角為 0176。 跨音速模擬對比 如圖 和 分別是 Ma= 攻角為 0176。時原彈型繞流流場的壓力云圖，對于原彈型在彈頭部附近由于超音速來流的作用形成了高壓區(qū)，由于彈頭是曲母線，物面的折射使氣流壓縮，產(chǎn)生一系列激波。、 8176。 圖 流場網(wǎng)格劃分圖 圖 彈丸表面網(wǎng)格圖 基于 Fluent 的計算方法 (1) 彈丸在大氣中飛行，選取計算域 邊界條件為壓力遠場 (passfarfiled),計算域 流體物質(zhì)為理想空氣 (ideagas)：氣壓： 101325?P Pa 溫度： ?T K 密度： ?? kg/m3。 kMbkje f fkjii SYGGxkxkuxkt ????????????? ??? ??????? ?????? )()( （ ） ??????? ?????????? SRkCGCGkCxxuxt bje f fjii ????????????? ??? ??????? 2231 )()()( () 式中： kG — 由層流速度梯度而產(chǎn)生的湍流動能； bG — 由浮力而產(chǎn)生的湍流動能； MY — 在可壓縮湍流中過渡的擴散產(chǎn)生的波動； ?1C 、 ?2C 、 ?3C — 常數(shù)； k? 、 ?? — k方程和 ε 方程中的湍流普朗特數(shù)； kS 、 ?S — 用戶定義的源項。 當前工程研究領(lǐng)域有多種湍流模型，如 SpalartAllamaras 模型、標準 kε模型， RNG kε 湍流模型等。 計算流體力學的基本方程是這些守恒定律的描述，下面詳細介紹這些基本守恒定律對應的控制方程 [2630]。對于用戶關(guān)心的參數(shù)和計算中的誤差可以隨時進行動態(tài)跟蹤顯示。 3. 多網(wǎng)格支持功能 Fluent 軟件具有強大的網(wǎng)格支持能力，不僅支持混合網(wǎng)格、動 /變形網(wǎng)格以及滑動網(wǎng)格還支持支持界面不連續(xù)的網(wǎng)格。 Fluent 軟件簡介 Fluent 是用于模擬具有復雜外形的流體流動及熱傳導的計算程序。其中風洞實驗法需要彈箭的縮比模型，吹風風洞，且根據(jù)風洞吹風的能力，只能獲取有限個離散點的近似數(shù)據(jù)。變形位移隨著膜片厚度的增加而線性地減小。 。 表 微氣泡薄膜不同壓力條件下變形位移 壓力 P(psi) 變形位移 h(mm) 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 根據(jù)上表數(shù)據(jù)繪制壓力 — 變形位移關(guān)系曲線如圖 所示： 0 2 4 6 8 10 1200 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4壓力 P ( p s i )變形位移h（mm） 圖 微氣泡制動器的壓力 — 變形位移理論曲線 數(shù)值仿真 對微氣泡薄膜進行靜力測試這一環(huán)節(jié)，我們采用有限元分析軟件 ANASYS 對其進行分析，也作為驗證上面計算數(shù)值的有效手段。 微氣泡制動器機械測試 完整的微氣泡制動器在加工之后，必須利用實驗裝置來測試其輸入壓力與微氣泡薄膜位移變形之間的關(guān)系，以檢測硅酮橡膠是否能產(chǎn)生應有的位移變形以及其承載能力。驅(qū)動器的集成與互相連接和設(shè)計傳感器，一是整個氣動系統(tǒng)能夠安裝 在頭錐內(nèi)。 微氣泡致動器的上層結(jié)構(gòu)的主要工藝步驟如下圖 所示。 圖 微氣泡致動器的結(jié)構(gòu)尺寸 工藝流程 微氣泡制動器的制作采用微機械加工技術(shù)，微機 械加工技術(shù)主要應用于制作微型機電系統(tǒng)、微致動器、為傳感器等。 cm) 1015 溫度范圍 (℃ ) 55200 制動器結(jié)構(gòu)尺寸 微氣泡致動器由上下兩層構(gòu)成。 （ 5）彈丸飛行穩(wěn)定性分析。 論文主要研究內(nèi)容包括： （ 1）彈體前緣微氣泡制動器陣列排布設(shè)計。 在湍流邊界層中微氣泡驅(qū)動器通過控制主動氣流來控制飛行器，過去的研究已經(jīng)證明了一些方法的可行性， 1997 年前后，一些研究人員已經(jīng)研究了微致動器的使用，這些微致動器可以安裝在可展開機翼上或者火炮彈體的軀體上，絕大多數(shù)的制動器是為了干擾流體的流向，在一定程度上來引起沿該表面的局部靜態(tài)壓力的變化，這些制動器包括磁性制動器，微氣泡制動器。 圖 靜電型可變形膜微執(zhí)行器的工作原理圖 與靜電執(zhí)行方式一樣，磁執(zhí)行也可用于可變形結(jié)構(gòu)型和機械結(jié)構(gòu)型兩種微執(zhí)行器中，大部分電磁型微馬達使用的是磁執(zhí)行方式。 微致動器的動作可以利用多種物理效應實現(xiàn)，常用的執(zhí)行方式有壓力效應、電磁效應、熱效應和靜電效應。 硅的強度、硬度和楊氏模量與鐵相當，密度類似鋁，熱傳導率接近鉬和鎢。 微機電系統(tǒng) 是微電路和微機械按功能要求在芯片上的集成，尺寸通常在毫米或微米級，自八十年代中后期崛起以來發(fā)展極其迅速，被認為是繼微電子之后又一個對國民經(jīng)濟和軍事具有重大影響的技術(shù)領(lǐng)域，將成為 21世紀新的國民經(jīng)濟增長點和提高軍事能力的重要技術(shù)途徑 [2]。 MEMS 技術(shù)采用了半導體技術(shù)中的光刻、腐蝕、薄膜等一系列的現(xiàn)有技術(shù)和材料，因此從制造技術(shù)本身來講， MEMS 中基本的制造技術(shù)是成熟的。 MEMS(微機電系統(tǒng) )最初大量用于汽車安全氣囊，而后以 MEMS 傳感器的形式被大量應用在汽車的各個領(lǐng)域，隨著 MEMS 技術(shù)的進一步發(fā)展，以及應用終端 “ 輕、薄、短、小 ” 的特點，對小體積高性能的 MEMS 產(chǎn)品需求增勢迅猛，消費電子、醫(yī)療等領(lǐng)域也大量出現(xiàn)了 MEMS 產(chǎn)品的身影 [4][5]。 MEMS 的 發(fā)展 會開辟許多新技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，由于其 微型化、集成化 會帶來許多 新原理、新功能元件和系統(tǒng) 的探索 ， 目前，形成使用的產(chǎn)品是一些微傳感器、微執(zhí)行器等微結(jié)構(gòu)裝置，這些產(chǎn)品能夠到達人類以前無法進入的許多領(lǐng)域，對生物醫(yī)學、機器人、汽車、航天、航空、軍事等領(lǐng)域產(chǎn)生重大