【正文】 動彈要求彈體頭錐部微氣泡制動器部分，在修正控制時相對地面靜止，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、表面無滑移 壁面粗糙度選擇 ，彈體后部相對彈軸 絕對旋轉(zhuǎn) Moving Wall、選取絕對坐標(biāo)系： Absolute、表面無滑移 壁面粗糙度選擇 。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。制動彈丸的頭部 用混合網(wǎng)格劃分，并且要在此特殊部位加密網(wǎng)格，而外流場采用圓柱體區(qū)域，圓柱體的半徑為 10 倍彈徑，前端距離炮彈頂部為 5 倍的彈長，后端距離炮彈底部的距離為 3 倍的彈長。 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。 模型中的常數(shù)分別?。??1C =； ?2C =。本文在計算中采用了這種湍流模型， 如式 和 。另外， RNG 模型采用嚴(yán)格推導(dǎo)的微分公式求解有效粘性，與高雷諾數(shù)的標(biāo)準(zhǔn) ??k 模型相比，這種方法對低雷諾數(shù)流動中的湍流效應(yīng)也能較好地模擬。 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(jìn) :首先該模型 ? 方程中存在的附加項增強(qiáng)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。其中，標(biāo)準(zhǔn) kε 模型因其在保證一 定準(zhǔn)確度的情況下計算量較小而應(yīng)用非常普遍，但是由于簡化也使其應(yīng)用收到一定限制，特別是對于較復(fù)雜的流動，很多情況下都必須對其 進(jìn)行修正才能應(yīng)用。依據(jù)能量守恒定律，微元體中能量的增加率等于進(jìn)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(dá)式為： ? ? hj e f fjje f f SuJhTkpEutE ??????? ????????????? ? )()()( ?? ??? () 式中， E 為流體微團(tuán)的總能 )/( kgJ ，包含動能、勢能和內(nèi)能之和，22uPhE ????，h 為焓 )/( kgJ ，為組分的焓，定義為 dTCh TTref jpj ?? , ，其中 KTref ? ；為有效熱傳導(dǎo)系數(shù)，為湍流熱傳導(dǎo)系數(shù) )/(( KmW ? ， teff kkk ?? ， tk 根據(jù)所用的湍流模型確定； jJ 為組分 j 的擴(kuò)散通量； hS 為包括了化學(xué)反應(yīng)熱及其他用戶定義的體積熱源項。 上式在直角坐標(biāo)系中的微分形式如下： 0)()()( ???????????? zwy vxut ???? () 其適用范圍沒有固定的限制，無論是黏性或無黏性流體，可壓縮或不可壓縮流體，定常或非定常流動都可以適用。其定律表述為：在流場中任意取一個封閉的區(qū)域，此區(qū)域稱作為控制體，其表面稱作為控制面，單位時間內(nèi)從控制面流進(jìn)和流出控制體的流體質(zhì)量之差，等于在單位時間內(nèi)該控制體質(zhì)量增量，其積分形式為： 0???? ?????Av o ldAdx dy dzt ?? () 式中， vol 表示控制體； A 表示控制面。 （ NS 方程） 動量守恒方程是任何流動系統(tǒng)問題都必須遵循的基本定律。在實際計算時，還要考慮不同的流態(tài)，如湍流呀遵守附加的湍流運(yùn)輸方程。 GA MB I T 設(shè)置幾何形狀生成2 D 或 3 D 網(wǎng)格FL UE NT 網(wǎng)格輸入及調(diào)整物理模型邊界條件流體物性確定計算結(jié)果后處理其他軟件包如CAD 、 CAET Gr id2 D 三角網(wǎng)格3 D 四面體網(wǎng)格2 D 和 3 D 混合網(wǎng)格幾何形狀或網(wǎng)格邊界網(wǎng)格邊界和網(wǎng)格網(wǎng)格2 D 或 3 D 網(wǎng)格 圖 Fluent 軟件包各模塊之間的相互關(guān)系 流體力學(xué)基本方程 修正彈在外彈道飛行過程中藥遵守物理守恒定律，這些定律主要包括質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律、能量守恒定律。 本文主要應(yīng)用 GAMBIT， FLUENT 兩個模塊。對于非定常計算， Fluent提供非常強(qiáng)大的動畫制作功能，在迭代過程中將所模擬非定?，F(xiàn)象的整個過程記錄成動畫文件，供后續(xù)的分析演示。 Fluent 具有強(qiáng)大的后置處理功能，能夠完成 CFD 計算所要求的功能，其中包括速度等值線圖、矢量 圖、等值線面、流動軌跡圖，并具有積分功能，可以求得力、力矩及其對應(yīng)的力和力矩系數(shù)、流量等。其中Gambit 擁有完整的建模手段，可以生成復(fù)雜的幾何模型。 一 套基本的 Fluent 軟件包含了兩個部分，即 Gambit 和 Fluent。值得強(qiáng)調(diào)的是， Fluent 軟件還擁有網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)，可在軟件中自動加密計算表面的網(wǎng)格。其中局部網(wǎng)格重劃法在三個模型中用途最為廣泛，可用于處理變形較大的 問題、運(yùn)動規(guī)律完全由流動所產(chǎn)生力而事先運(yùn)動規(guī)律不確定的問題、非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格問題等，是 Fluent 流體力學(xué)軟件所獨(dú)有的。只要劃分計算域的初始網(wǎng)格、設(shè)定運(yùn)動邊界條件，在隨后的計算過程中網(wǎng)格變化完全由解算器自 動生成。 Fluent 具有以下功能及特點(diǎn)[24][25]： 1. 完全非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格 Fluent 軟件采用有限體積法的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格 方式，使其具有基于網(wǎng)格單元及網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的梯度型算法。 Fluent 軟件采用 C/C++語言編寫，從而提高了對計算機(jī)內(nèi)存的利用率。因而數(shù)值模擬方法無疑是研究二維彈道修正彈空氣特性的不二之選。對于二維彈道修正彈這樣外形復(fù)雜，擾流不明確的情況難以得到理論的解析 解。目前隨著計算機(jī)的發(fā)展以及現(xiàn)代流體力學(xué)的深入研究，計算流體力學(xué)得到長足的發(fā)展。射擊試驗法 雖然包含了實際情況，所測得的氣動力與彈箭實際飛行符合得很好，但射擊試驗必須在專門的靶場或靶道里進(jìn)行。 第 3 章 修正彈繞流流場數(shù)值模擬分析 數(shù)值模擬方法 目前獲得彈丸空氣動力的方法有三種：風(fēng)洞吹風(fēng)法、計算法、射擊試驗法 [21]。對微氣泡制動器陣列在彈體頭錐上集成進(jìn)行設(shè)計，并對其可行性進(jìn)行了分析。在 15000Pa 的壓力下最大變形位移是 750μm。 。顯然，氣泡的厚度對其膨脹總是不利的。 。這一結(jié)果可能是由于長方形微驅(qū)動器的長寬比大于 2。比如增加寬度，變形位移將成線性增加。 仿真結(jié)果如圖 所示 140 160 180 200 220 240 260100200300400500600700800900厚度 t寬 度 2 0 0 0變形位移h140 160 180 200 220 240 260100200300400500600700800900厚度 t寬 度 2 2 0 0變形位移h140 160 180 200 220 240 260100200300400500600700800900厚度 t寬 度 2 4 0 0變形位移h 壓力 5000壓力 10000壓力 15000 （ a）壓力、寬度和厚度 140 160 180 200 220 240 260100200300400500600700800900厚度 t長 度 6 0 0 0變形位移h140 160 180 200 220 240 260100200300400500600700800900厚度 t長度 7000變形位移h140 160 180 200 220 240 260100200300400500600700800900厚度 t長 度 8 0 0 0變形位移h 壓力 5000壓力 10000壓力 15000 （ b）壓力、長度和厚度 圖 三向影響位移變形分析 計算結(jié)果表明如下： 。 仿真結(jié)果如圖 所示 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6x 1 04250300350400450500550600壓力 P變形位移h5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500620630640650660670680690長度 b變形位移h （ a） 壓力 （ b） 長度 1900 20xx 2100 2200 2300 2400 2500550600650700750寬度 a變形位移h140 160 180 200 220 240 260500550600650700750800厚度 t變形位移h （ c） 寬度 （ d） 厚度 圖 單向影響位移變形分析 雙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 ， 薄膜厚度 150 m? 、 200 m? 、 250 m? ； （ b）輸入壓力 5000pa 、 10000pa 、 15000pa ， 薄膜長度 6000 m? 、 7000 m? 、 8000 m? 。 圖 微氣泡制動器靜力分析建模 微氣泡薄膜的位移變形結(jié)果如下所示，圖 是加載 2psi 平面壓力載荷，微氣泡薄膜的最大位移變形約為 ，圖 為加載 7psi 平面壓力載荷，微氣泡薄膜的最大位移變形約為 ，仿真結(jié)果與理論計算相符。 硅酮橡膠是一種非線性不可壓縮的超彈性材料，具有很強(qiáng) 的變性能力，其材料特性與幾何特性都是成非線性變化的，圖 是微氣泡薄膜的分析模型，模型尺寸為 ，厚為 。然后帶入公式 （ ） 計算不同壓力條件下的微氣泡薄膜變形位移，數(shù)據(jù)結(jié)果如表 。彈性模量 E=，殘余應(yīng)力σ=[20],泊松比 v 取 。 圖 微氣泡制動器靜力測試實驗裝置示意圖 理論計算 查得文獻(xiàn) [19]， 矩形薄膜的載荷 變形關(guān)系的理論公式： 43221 aE thCa thCP ?? ? （ 21） 64/)1( 241 nC ?? ? （ 22） ) ) ) }1(9128(128)1(81/(2/))1(344(256/)929) } { (1(32/{222223242262nvnnnnvnnnnnC??????????????????? （ 23） 式中： P 施加壓力 E 薄膜材料的彈性模量 ? 薄膜材料的殘余應(yīng)力 ? 薄膜材料的泊松比 t 薄膜的厚度 h 薄膜的變形位移 a 薄膜的寬度的一半 b 薄膜的長度的一半 n ba/ 本文所設(shè)計微氣泡致動器的可動薄膜尺寸為 ，厚為 。實驗裝置如下圖 所示 [18]。組合安 裝的特性和微氣泡驅(qū)動器的包裝簡化了集成過程。在整合頭錐前，利用航空航天用的室溫硫化硅橡膠膠合劑將微氣泡驅(qū)動器粘到包裝上。 圖 彈體頭錐集成圖 圖 汽缸及控制閥結(jié)構(gòu) 此配置結(jié)構(gòu)中，沿包裝的微氣泡驅(qū)動器安裝在頭錐內(nèi)，在包裝上用膠水粘合。在實際情況中，這將是一個典型的設(shè)計挑戰(zhàn)。但是，在它們間總會存在一定的誤差（ 5um） ,這也不會影響明顯的性能。 微型氣泡驅(qū)動器在頭錐上的集成 在此配置中， 32 個微氣泡驅(qū)動器被集成在頭錐的后座，并且每次控制 16 個驅(qū)動器。 微氣泡制動器的下層基板加工工藝相對于上 層比較簡單，在硅片上利用體加工工藝刻蝕出一個直槽，尺寸為寬 1mm，深 ，此直槽用于氣體的流通。 圖 微氣泡制動器的工藝流程 首先在一個 100硅片兩側(cè)，利用 LPCVD 沉積一層 的氮化硅，背面用活性離子腐蝕的方式進(jìn)行掩模，并且型腔使用 KOH 各向異性地刻蝕 成 300um 300um 正方形獨(dú)立的硅酮橡膠薄膜，在前側(cè)沉積 的一層 C 型聚對二甲苯，并且利用等離子氧來進(jìn)行圖案，如果不去除聚對二甲苯上的光阻劑，前側(cè)由于等離子體 SF6/02 粗糙，剝掉光致抗蝕劑， 100 到 150 微米厚的硅酮橡膠旋轉(zhuǎn)涂敷到正面，加工處理這些晶片，并且利用 SF6/02 把 C 型聚對二甲苯去除，隨后使用等離子氧。它是采用真空熱解氣相堆積工藝制備，可制成極薄的薄膜，主要用作薄膜和涂層，用于電子元器件的電絕緣介質(zhì)、保護(hù)性涂料和包封材料等 [17]。C 左右的惰性溶劑中進(jìn)行吸收、蒸發(fā)溶劑濃縮降溫、結(jié)晶、過濾得對二甲苯二聚體（ []對環(huán)芳），精制后，將該二聚體進(jìn)行高溫裂解產(chǎn)生雙自由基，再導(dǎo)入成膜室在成膜物體表面冷凝并迅速聚合，