底部排氣彈底部流場數(shù)值模擬與氣動(dòng)彈道特性研究.pdf

1、隨著火炮精度的提高以及現(xiàn)代戰(zhàn)術(shù)與技術(shù)的發(fā)展，增加火炮射程顯得尤為重要。在增大火炮射程的諸多方法中，底排增程以其結(jié)構(gòu)簡單、增程率高等優(yōu)點(diǎn)為世界各國所廣泛采用。底部排氣方法通過向彈底低壓區(qū)排入質(zhì)量與能量、提高底壓來達(dá)到減阻增程的目的。針對底部排氣彈的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)國內(nèi)外已形成一些成果，但關(guān)于底部排氣彈的底排參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題、高速旋轉(zhuǎn)條件下底部流場的計(jì)算分析及其對減阻特性的影響等問題研究得非常少。為此，本文以高速旋轉(zhuǎn)底部排氣彈為研究對象，圍繞底

2、排參數(shù)對底排彈減阻增程特性的影響、底排參數(shù)優(yōu)化、底部流場數(shù)值模擬和氣動(dòng)特性分析等方面進(jìn)行研究分析。
　　(1)分析了底部排氣彈的減阻機(jī)理并建立了其內(nèi)外彈道模型。通過分析底排藥劑的燃燒機(jī)理，運(yùn)用公式推導(dǎo)等方法建立了底排內(nèi)彈道方程組;在分析底部排氣彈所受力和力矩的基礎(chǔ)上，根據(jù)牛頓第二定律和動(dòng)量矩定理推導(dǎo)出了底排彈的六自由度剛體彈道方程。底排裝置內(nèi)彈道方程和底排彈外彈道方程相結(jié)合構(gòu)建成為底部排氣彈的彈道計(jì)算模型。
　　(2)研究了

3、底排參數(shù)對底排彈減阻增程特性的影響。利用已構(gòu)建好的底部排氣彈彈道計(jì)算模型，以某底部排氣彈為例進(jìn)行彈道計(jì)算，對比分析了藥劑燃速系數(shù)、底排藥柱長、藥柱內(nèi)徑、藥柱分瓣數(shù)和噴口直徑等底排參數(shù)對底部排氣彈彈道特性的影響。
　　(3)以射程最大化作為目標(biāo)函數(shù)對底部排氣彈的底排參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。選取底排藥柱燃速系數(shù)、底排藥柱長、藥柱初始內(nèi)半徑、藥柱分瓣數(shù)和底排噴口直徑等5個(gè)參數(shù)作為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，選取射程作為目標(biāo)函數(shù)，并依實(shí)際情況設(shè)置一定的約束

4、條件。基于遺傳算法和粒子群算法各自的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了尋優(yōu)速度快、精度高的遺傳粒子群算法作為尋優(yōu)過程的智能優(yōu)化算法，進(jìn)而構(gòu)建了底部排氣彈彈道優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，并以此模型對底部排氣彈的底排參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　(4)數(shù)值模擬了底部排氣彈的底部流場并分析了其對減阻特性的影響。采用滑移網(wǎng)格等技術(shù)手段，建立了底排彈數(shù)值仿真模型，對無旋條件和高旋條件下底部排氣彈的底部流場進(jìn)行了數(shù)值模擬與計(jì)算分析，研究了無旋條件下排氣參數(shù)、來流馬赫數(shù)以及炮口、高