【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。 彈丸表面網(wǎng)格圖 基于Fluent的計(jì)算方法(1) 彈丸在大氣中飛行，選取計(jì)算域邊界條件為壓力遠(yuǎn)場(chǎng)(passfarfiled),計(jì)算域流體物質(zhì)為理想空氣(ideagas)：氣壓：Pa 溫度：K 密度：kg/m3。(2) 制動(dòng)彈要求彈體頭錐部微氣泡制動(dòng)器部分，在修正控制時(shí)相對(duì)地面靜止，而彈體后部要求旋轉(zhuǎn)保持彈丸穩(wěn)定， 壁面選擇條件：彈丸頭錐部單獨(dú)定義為靜止物體Stationary Wall、彈體后部相對(duì)彈軸絕對(duì)旋轉(zhuǎn)Moving Wall、選取絕對(duì)坐標(biāo)系： Absolute、。(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。(4) 、密度與質(zhì)量力項(xiàng)為1。(5) 。 仿真分析條件主要通過(guò)以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析：（1）來(lái)流馬赫數(shù)為: 、 、 ；（2）彈丸攻角為：0176。、2176。、5176。、8176。、10176。、12176。；（3）氣泡長(zhǎng)度為：20mm、30mm、40mm；（4）氣泡寬度為：、2mm；（5）氣泡高度為：、1mm；（6）氣泡個(gè)數(shù)為：8； 制動(dòng)彈繞流流場(chǎng)數(shù)值模擬空氣的流動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)化為曲線的形式繞流流場(chǎng)來(lái)顯示。下面是在超音速、跨音速、亞音速來(lái)流下的繞流流場(chǎng)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(qiáng)弱、渦流區(qū)以及壓強(qiáng)高低的區(qū)別。如果彈丸在超音速飛行時(shí)，除尾部有大量旋渦外，在彈頭部與彈尾部附近有近似為錐形的、強(qiáng)烈的壓縮空氣層存在，這就是空氣動(dòng)力學(xué)所說(shuō)的激波（在彈道學(xué)中把彈頭附近的激波叫彈頭波，彈尾附近的激波叫彈尾波）[38]，此時(shí)空氣阻力突然增大。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。 原彈型超音速壓力云圖 制動(dòng)彈超音速壓力云圖 =176。時(shí)原彈型繞流流場(chǎng)的壓力云圖，對(duì)于原彈型在彈頭部附近由于超音速來(lái)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。當(dāng)超音速外流到達(dá)彈體底部時(shí)，氣流隨著壓力和流動(dòng)方向的調(diào)整在彈底處產(chǎn)生尾激波。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)。當(dāng)微氣泡制動(dòng)器在彈體頭部作用時(shí)，，彈體頭部產(chǎn)生的附體激波增強(qiáng)，微氣泡迎風(fēng)面有壓力集中。由于微氣泡作用后，氣流流經(jīng)彈體頭部時(shí)，產(chǎn)生的強(qiáng)干擾影響。=176。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。制動(dòng)彈丸頭部和原彈型頭部對(duì)比，由于微氣泡對(duì)彈丸頭部氣流的影響，制動(dòng)彈丸頭部速度曲線有較強(qiáng)的擾動(dòng)。 跨音速模擬對(duì)比=176。原彈型和制動(dòng)彈的壓力云圖，如圖可見(jiàn)與超音速時(shí)曲線類(lèi)似，彈頭都產(chǎn)生高壓區(qū)，微氣泡周?chē)袎毫?，彈尾部形成漩渦有渦流區(qū)，有激波形成。，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)。 制動(dòng)彈跨音速壓力云圖 =176。原彈型和制動(dòng)彈的速度云圖，如圖可見(jiàn)與超音速時(shí)速度云圖曲線類(lèi)似，微氣泡同樣對(duì)彈丸的氣流產(chǎn)生擾動(dòng)。，速度云圖曲線更加接近圓形并且更遠(yuǎn)。=176。原彈型和制動(dòng)彈丸的繞流流場(chǎng)壓力云圖，亞音速時(shí)激波強(qiáng)度較弱，這是因?yàn)閬喴羲贂r(shí)彈丸所受到得阻力主要是摩阻和渦阻。=176。原彈型和制動(dòng)彈丸的繞流流場(chǎng)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。 制動(dòng)彈亞音速壓力云圖 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。 第4章 制動(dòng)彈丸的氣動(dòng)布局分析通過(guò)前面的微氣泡陣列在彈體頭錐內(nèi)集成的設(shè)計(jì)，及微氣泡薄膜變形位移仿真，利用流體力學(xué)軟件對(duì)微氣泡作用下的彈丸氣動(dòng)力特性進(jìn)行分析，包括阻力、升力等。由于微氣泡陣列中每個(gè)微氣泡是單獨(dú)控制，因此微氣泡陣列有多種排列形式，下面主要針對(duì)微氣泡的尺寸和數(shù)量?jī)蓚€(gè)方面來(lái)研究彈丸的氣動(dòng)力。彈丸的空氣阻力[3134]，在超音速與跨音速時(shí)，包括摩阻、渦阻和波阻三個(gè)部分；而在亞音速是則沒(méi)有波阻。由空氣動(dòng)力學(xué)知，空氣阻力的表達(dá)式為 , (41)式中，稱(chēng)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；為彈丸相對(duì)于空氣的速度；為空氣密度；為特征面積，取彈丸的最大橫截面積，此時(shí)。飛行馬赫數(shù)，為聲速。為阻力系數(shù)，則其表達(dá)式為： (42)，阻力系數(shù)變化通過(guò)改變氣泡長(zhǎng)度來(lái)觀察彈丸的氣動(dòng)特性，將30mm長(zhǎng)度的氣泡作為標(biāo)準(zhǔn)，在此長(zhǎng)度基礎(chǔ)上分別加減10mm，得到三種不同長(zhǎng)度的模型，下面主要依據(jù)Fluent算得的數(shù)據(jù)來(lái)得出不同氣泡長(zhǎng)度對(duì)彈丸氣動(dòng)特性的影響，從而觀察阻力系數(shù)與不同氣泡長(zhǎng)度之間的關(guān)系阻力系數(shù)隨攻角的變化 、高度1mm、數(shù)量3個(gè)，Ma=、3，不同氣泡長(zhǎng)度時(shí)，阻力系數(shù)隨攻角的變化曲線。 Ma=，不同氣泡長(zhǎng)度， Ma=，不同氣泡長(zhǎng)度，阻力系數(shù)隨攻角變化圖 阻力系數(shù)隨攻角變化圖 Ma=2，不同氣泡長(zhǎng)度， Ma=3，不同氣泡長(zhǎng)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(duì)比看出馬赫數(shù)一定的情況下，不同氣泡長(zhǎng)度的阻力系數(shù)隨攻角的變化趨勢(shì)相似。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。之所以隨氣泡長(zhǎng)度的增大，阻力系數(shù)越大，是因?yàn)闅馀蓍L(zhǎng)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。，攻角α=8176。時(shí)，氣泡長(zhǎng)度為可見(jiàn)長(zhǎng)度為40mm的阻力系數(shù)最大，長(zhǎng)度為20mm的阻力系數(shù)最小，并且都是以1:1的比例趨勢(shì)增長(zhǎng)。，，，由此可見(jiàn)，阻力系數(shù)最大。阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化、高度1mm、數(shù)量3個(gè)，Ma=、3，不同氣泡長(zhǎng)度時(shí)，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化曲線。 攻角為0176。，不同氣泡長(zhǎng)度， 攻角為5176。，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8176。，不同氣泡長(zhǎng)度， 176。，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，所有阻力系數(shù)曲線增長(zhǎng)趨勢(shì)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(shí)阻力系數(shù)增大，在Ma=，阻力系數(shù)達(dá)到最大。從跨音速到超音速阻力系數(shù)下降，在Ma=3時(shí)，阻力系數(shù)最小。，同樣是隨氣泡長(zhǎng)度增加，阻力系數(shù)增大。40mm氣泡長(zhǎng)度時(shí)阻力最大，也是因?yàn)橛L(fēng)面投影面積最大，所受空氣阻力最大的原因所致。，阻力系數(shù)變化通過(guò)改變氣泡寬度觀察彈丸的氣動(dòng)特性，將氣泡寬度分別設(shè)置為三種不同值，、2mm、。下面主要依據(jù)Fluent算得的數(shù)據(jù)來(lái)得出不同氣泡寬度對(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。阻力系數(shù)隨攻角的變化，高度1mm，Ma=、3，不同寬度時(shí)，阻力系數(shù)隨攻角的變化曲線。由以下曲線對(duì)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(shì)相似。都是隨著攻角的增大阻力系數(shù)增長(zhǎng)，、說(shuō)明在跨音速時(shí)，氣泡寬度對(duì)氣動(dòng)特性的影響很大。 Ma=，不同氣泡寬度， 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 Ma=2，不同氣泡寬度， 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，高度1mm，攻角為0176。、5176。、8176。、12176。，不同寬度時(shí)，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化曲線。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。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=。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。 攻角為0176。，不同氣泡寬度， 176。，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176。，不同氣泡寬度， 176。，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，阻力系數(shù)變化通過(guò)改變氣泡高度觀察彈丸的氣動(dòng)特性，控制氣泡凸起不同高度，、1mm、。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。阻力系數(shù)隨攻角的變化，寬度2mm，Ma=、3，不同高度時(shí)，阻力系數(shù)隨攻角的變化曲線。由以下曲線對(duì)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(shì)相似。都是隨著攻角的增大阻力系數(shù)增長(zhǎng)，比較四種馬赫數(shù)情況下的阻力系數(shù)增長(zhǎng)幅度，增長(zhǎng)幅度最大，3馬赫數(shù)情況下，增長(zhǎng)幅度最小，由此可以得出氣泡高度在低馬赫數(shù)時(shí)對(duì)彈丸阻力影響較大。 Ma=，不同氣泡高度， =，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 Ma=2，不同氣泡高度， 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，寬度2mm，攻角為0176。、5176。、8176。、12176。，不同高度時(shí)，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化曲線。由以下曲線對(duì)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(shì)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=。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。 攻角為0176。，不同氣泡高度， 176。，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8176。，不同氣泡高度， 176。，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，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，、1mm、。下面主要依據(jù)Fluent算得的數(shù)據(jù)來(lái)得出不同氣泡數(shù)量對(duì)氣動(dòng)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。阻力系數(shù)隨攻角的變化，寬度2mm，高度1mm，Ma=、3，不同數(shù)量時(shí)，阻力系數(shù)隨攻角的變化曲線。由以下曲線對(duì)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(shì)相似。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)。 Ma=，不同氣泡數(shù)量， =，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 Ma=2，不同氣泡數(shù)量， 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，寬度2mm，高度1mm，攻角為0176。、5176。、8176。、12176。，不同數(shù)量時(shí)，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)的變化曲線。由以下曲線對(duì)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(shì)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=。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。當(dāng)攻角一定時(shí)，又可得出氣泡凸起數(shù)量越多，阻力系數(shù)越大。 攻角為0176。，不同氣泡數(shù)量， 176。，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8176。，不同氣泡數(shù)量， 176。，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，阻力系數(shù)變化對(duì)于同一個(gè)模型，當(dāng)來(lái)流馬赫數(shù)固定，隨著攻角的變化，阻力系數(shù)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。阻力系數(shù)隨攻角的變化，寬度2mm，不同馬赫數(shù)，阻力系數(shù)隨攻角變化曲線圖。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。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。說(shuō)明僅僅攻角變化對(duì)氣動(dòng)力的影響不大。從圖中又可以看出：。 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，寬度2mm，不同攻角，阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)變化曲線圖。由以下曲線可以看出對(duì)于同一個(gè)模型，不同攻角的阻力系數(shù)隨隨馬赫數(shù)的變化趨勢(shì)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，到Ma=。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 氣泡結(jié)構(gòu)