為了模擬高速旋轉(zhuǎn)彈丸真實飛行彈道,基于彈軸運動附加于控制體表面、自轉(zhuǎn)運動附加于壁面邊界的思想,采用三維有限體積法,改進型簡單低耗散迎風矢通量分裂格式、雙時間步和Spalart-Allmaras湍流模型等計算流體力學(CFD)方法,建立具有任意拉格朗日-歐拉形式的流動模型。結(jié)合高速旋轉(zhuǎn)彈丸剛體運力學(RBD)彈道方程組,推導出彈丸運動和控制體表面運動耦合的數(shù)學模型,提出一種CFD與RBD彈道耦合計算方法,實現(xiàn)了4階龍格-庫塔法中流動方程和彈道方程聯(lián)立計算。研究結(jié)果表明:氣動耦合方法和時間步長對彈道耦合計算結(jié)果影響較大;所提緊耦合方法在時間步長0. 5 ms下M549旋成體彈丸仿真彈道結(jié)果與采用氣動模型法計算結(jié)果基本吻合;旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定二維彈道修正彈仿真彈道具有抬頭力矩使彈丸低頭的特性,該特性與文獻[29]的研究結(jié)果一致。

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【部分圖文】：

圖10彈丸表面壓力分布

圖9攻角仿真結(jié)果5結(jié)論

圖1CFD/RBD耦合計算框架

式中:fi表示第i個微分方程的右端表達式。由(23)式可知，每一個Runge-Kutta子步都需要氣動數(shù)據(jù)的支持。有2種較簡單的氣動力和力矩耦合方法:第1種為定值法，借鑒系數(shù)凍結(jié)法的思想，將n時間層面CFD計算出的瞬態(tài)氣動力和力矩凍結(jié)，即在Runge-Kutta4個子步中保持不變....

圖2流場和彈道緊耦合計算過程

通過以上5步可完成流場和彈道方程從n時間層面到n+1時間層面完整的4階Runge-Kutta緊耦合計算過程，計算流程示意圖如圖2所示，圖2中j=1,2,3,4表示Runge-Kutta4個步驟。需要注意的是，步驟2～步驟4中涉及到的tn+0.5h和tn+h時刻只是中間過程，步驟5....

圖3M549彈丸模型

計算模型采用美國M549旋成體彈丸，具體結(jié)構尺寸參見文獻[24]。利用Solidworks商業(yè)軟件進行幾何建模，如圖3所示。將幾何模型導入CFD前處理軟件ICEM中進行網(wǎng)格劃分，如圖4所示。文獻[25]對旋成體彈丸的網(wǎng)格劃分進行了詳細研究，并通過與試驗數(shù)據(jù)對比驗證了網(wǎng)格劃分的合理....

本文編號：3899536