槍炮發(fā)射時,高溫、高壓火藥燃?xì)獬隹诤罂焖倥蛎浶纬蓮?fù)雜的膛口流場,并產(chǎn)生一系列危害現(xiàn)象,如膛口沖擊波、膛口焰以及氣流對彈丸運動的干擾等。研究膛口流場的動力學(xué)機理及影響因素對提高武器性能、減小氣流危害等具有重要的應(yīng)用價值。 以數(shù)值計算為主并結(jié)合實驗,開展了膛口流場的沖擊波與化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象及其影響因素的研究。流場的基本方程采用含化學(xué)反應(yīng)的ALE形式Navier-Stokes方程,計算網(wǎng)格為分區(qū)貼體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。采用有限體積法離散方程,對流項和時間項分別采用AUSM+格式和Runge-Kutta法求解,湍流模型為k-ε模型,化學(xué)反應(yīng)機理采用C-H-O-N9組分12步基元反應(yīng),并使用MPI方法進(jìn)行分區(qū)并行計算。 (1)在膛口射流與沖擊波的研究中,不考慮湍流和化學(xué)反應(yīng)的影響,數(shù)值模擬了包含高速運動彈丸和初始射流的膛口流場,分析了初始流場對火藥燃?xì)饬鲌龅挠绊�。結(jié)果表明,初始流場超音速核心區(qū)域的方向性導(dǎo)致了火藥燃?xì)饬鞒鎏趴诤笤诟鱾�方向上具有不同的膨脹特性,其在軸向上的膨脹速度大于側(cè)向的膨脹速度,從而生成了冠狀沖擊波。此外,初始流場的存在提高了近膛口區(qū)域氣體的滯止壓力。 (2)通過改變裝藥量、彈丸質(zhì)量和口徑...

【文章頁數(shù)】：120 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
圖表目錄
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文工作
2 膛口流場的數(shù)值計算方法
    2.1 引言
    2.2 數(shù)值模型
        2.2.1 基本假設(shè)
        2.2.2 控制方程
        2.2.3 多組分系統(tǒng)熱力學(xué)關(guān)系
        2.2.4 湍流模型
        2.2.5 基元反應(yīng)模型
    2.3 數(shù)值方法
        2.3.1 控制方程離散
        2.3.2 空間計算格式
        2.3.3 時間計算格式
    2.4 運動邊界的處理
    2.5 并行計算方法
        2.5.1 并行計算機
        2.5.2 并行軟件環(huán)境
        2.5.3 區(qū)域分解方法
    2.6 數(shù)值驗證
        2.6.1 動網(wǎng)格方法驗證
        2.6.2 膛口流場驗證算例
        2.6.3 并行計算效率
    2.7 小結(jié)
3 膛口流場氣動力學(xué)數(shù)值研究
    3.1 膛口流場概述
        3.1.1 欠膨脹射流
        3.1.2 膛口流場分類
        3.1.3 初始流場
        3.1.4 火藥燃?xì)饬鲌?br>    3.2 膛口流場可視化實驗
        3.2.1 實驗方案
        3.2.2 實驗結(jié)果與討論
    3.3 初始流場對火藥燃?xì)饬鲌龅挠绊?br>        3.3.1 計算模型
        3.3.2 初始流場的基本特征
        3.3.3 初始流場的影響
    3.4 后效期內(nèi)彈丸速度變化規(guī)律
        3.4.1 彈丸后效期速度變化規(guī)律
        3.4.2 彈丸后效期加速量的影響因素
    3.5 膛口裝置的影響
        3.5.1 筒形噴管
        3.5.2 圓形擋板
        3.5.3 錐形噴管
    3.6 小結(jié)
4 膛口反應(yīng)流動力學(xué)研究
    4.1 膛口流場化學(xué)反應(yīng)過程機理分析
        4.1.1 計算模型
        4.1.2 流場結(jié)構(gòu)與氣流特性
        4.1.3 渦量場
        4.1.4 組分?jǐn)U散
        4.1.5 溫度場與反應(yīng)產(chǎn)物
        4.1.6 小結(jié)
    4.2 含膛口裝置膛口反應(yīng)流
    4.3 小結(jié)
5 高空環(huán)境膛口流場特性研究
    5.1 高空環(huán)境下的膛口流場實驗研究
        5.1.1 沖擊波超壓峰值測試
        5.1.2 膛口流場可視化實驗
    5.2 高空環(huán)境下的膛口沖擊波場數(shù)值研究
        5.2.1 常溫低壓環(huán)境
        5.2.2 低溫低壓環(huán)境
        5.2.3 有超音速來流
    5.3 高空環(huán)境下的膛口化學(xué)反應(yīng)流數(shù)值研究
    5.4 小結(jié)
6 結(jié)束語
    6.1 本文工作總結(jié)
    6.2 本文的創(chuàng)新之處
    6.3 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄



本文編號：3981710