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基于FLUENT的可控枪弹弹丸气动力参数计算仿真

作　者: 高炳龙
导　师: 王惠源
学　校: 中北大学
专　业: 火炮、自动武器与弹药工程
关键词: FLUENT 气动力参数可控枪弹弹丸 ADAMS 飞行稳定性
分类号: TJ411
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着制导技术的不断发展，以微电子、电子计算机和光电转换技术为核心的制导武器在现代战争中发挥着越来越重要的作用。至今，国内外已经成功研制出来了制导炸弹、制导导弹、制导炮弹等，它们采用精确制导技术，按照一定规律控制弹丸的飞行方向、姿态、高度和速度，引导其战斗部精确打击远距离目标。精确制导武器具有命中精度高、作战效能高、射程远等特点。将这种制导技术集成化、微型化搭载于小口径枪弹上，就可以实现对枪弹飞行轨迹的控制。可控枪弹弹丸具有制导武器的优点，同时因为弹丸口径的减小，相应的制作、实验成本相比于制导导弹、制导炸弹等也会更低。本文立足于已有的精确制导技术，对可控枪弹弹丸进行了结构设计；阐述了弹丸控制机构原理；利用弹丸气动力理论计算公式计算了弹丸气动力参数的大小；利用FLUENT软件对可控枪弹弹丸气动力参数进行了仿真分析，验证了利用FLUENT仿真弹丸气动力参数的有效性，提出了可控弹丸结构优化的依据；对弹丸进行了系统的飞行稳定性分析；最后利用ADAMS软件对弹丸外弹道飞行轨迹进行了可视化仿真，验证了可控枪弹弹丸通过利用尾翼的小角度摆动进行外弹道控制的可行性，故本文主要完成了以下工作：1.系统的介绍了可控枪弹弹丸的结构外形，阐述了弹丸的控制机构原理，详细的解释了弹头部光敏传感器收集光信号以及尾翼控制的原理；2.给出了风标式尾翼弹气动力参数理论公式，分析了可控枪弹弹丸的弹体、弹翼气动力系数、弹翼间气动力系数的干扰情况和弹翼对弹体、弹体对弹翼的气动力系数的干扰情况，得出总的尾翼弹气动力系数计算公式；3.详尽的论述了FLUENT仿真技术的基本概念、工作流程和仿真框架，对FLUENT软件进行弹丸外流场仿真的可行性进行了分析，尊定了利用FLUENT软件外流场仿真的理论基础和方法框架；4.验证了利用FLUENT数值仿真法对弹丸外流场仿真的可行性；分析了特殊结构外形的可控枪弹弹丸仿真数据结果，得出了该弹型的气动力参数拟合曲线，对不同弹头的可控弹丸进行对比分析，提供了弹丸结构优化的依据；5.基于FLUENT外流场仿真的结果，完成了对可控枪弹弹丸飞行稳定性的分析；6.在已有的气动力参数以及稳定性依据上，分析了可控枪弹弹丸在空气中飞行时受到的气动力和力矩，利用ADAMS软件对弹丸进行外弹道仿真，验证了通过弹丸尾翼的偏转实现其外弹道改变的有效性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
1 绪论  12-17
  1.1 课题的目的和意义  12-13
  1.2 国内外发展现状  13-16
  1.3 论文安排  16-17
2 可控枪弹弹丸结构及控制原理概述  17-26
  2.1 可控枪弹弹丸结构概述  17-20
  2.2 可控枪弹弹丸控制原理概述  20-25
  2.3 本章小结  25-26
3 可控枪弹弹丸气动力理论计算方法  26-45
  3.1 弹体气动力参数的计算  28-34
    3.1.1 弹体法向力系数的计算  28-30
    3.1.2 弹体轴向力系数的计算  30-33
    3.1.3 弹体压力中心位置  33-34
  3.2 弹翼气动力的计算  34-37
    3.2.1 尾翼零升阻力系数  34-36
    3.2.2 尾翼升力系数  36
    3.2.3 尾翼阻力系数  36-37
    3.2.4 尾翼压力中心位置  37
  3.3 弹丸总气动力的计算  37-41
    3.3.1 尾翼翼片之间的干扰  37-39
    3.3.2 弹体与尾翼之间的干扰  39
    3.3.3 尾翼弹阻力系数  39-40
    3.3.4 尾翼弹的升力系数  40
    3.3.5 尾翼弹的俯仰力矩系数  40-41
    3.3.6 尾翼弹的压力中心  41
  3.4 可控枪弹弹丸结构参数实例计算  41-44
  3.5 本章小结  44-45
4 可控枪弹弹丸在 FLUENT 软件中的建模仿真  45-58
  4.1 FLUENT 仿真的意义和必要性  45-49
    4.1.1 FLUENT 软件概述  46-47
    4.1.2 FLUENT 软件的用途  47-48
    4.1.3 利用 FLUENT 软件求解步骤  48-49
  4.2 可控枪弹弹丸建模仿真  49-57
    4.2.1 可控枪弹弹丸外流场仿真使用的基本物理模型  49-50
    4.2.2 可控枪弹弹丸模型的建立及网格的划分  50-54
    4.2.3 可控枪弹弹丸 FLUENT 仿真步骤  54-57
  4.3 本章小结  57-58
5 外流场仿真结果及其数据分析  58-87
  5.1 普通尾翼弹仿真结果及数据分析  59-65
    5.1.1 普通尾翼弹阻力特性分析  60-63
    5.1.2 普通尾翼弹升力特性分析  63-64
    5.1.3 普通尾翼弹俯仰力矩特性及稳定性分析  64
    5.1.4 普通尾翼弹外流场仿真结论  64-65
  5.2 可控枪弹弹丸 A 仿真结果及数据分析  65-76
    5.2.1 可控枪弹弹丸 A 阻力特性分析  67-68
    5.2.2 可控弹丸 A 升力特性分析  68-69
    5.2.3 可控枪弹弹丸 A 俯仰力矩特性分析  69
    5.2.4 可控枪弹弹丸 A 外流场仿真结论  69-76
  5.3 可控枪弹弹丸 B 仿真结果及数据分析  76-86
    5.3.1 可控枪弹弹丸 B 阻力特性分析  77-78
    5.3.2 可控枪弹弹丸 B 升力特性分析  78-79
    5.3.3 可控枪弹弹丸 B 俯仰力矩特性分析  79-80
    5.3.4 可控枪弹弹丸 B 外流场仿真结论  80-86
  5.4 本章小结  86-87
6 可控枪弹弹丸稳定性分析  87-94
  6.1 弹箭稳定性  87-89
  6.2 可控枪弹弹丸静稳定性分析  89-91
  6.3 可控枪弹弹丸动态稳定性分析  91-92
  6.4 可控枪弹弹丸的追随稳定性  92-93
  6.5 本章小结  93-94
7 基于 ADAMS 可控枪弹弹丸飞行姿态仿真  94-103
  7.1 可控枪弹弹丸的结构特点  94-95
  7.2 作用在弹丸上的力  95-96
    7.2.1 空气阻力  95
    7.2.2 升力  95-96
    7.2.3 马格努斯力  96
    7.2.4 重力  96
  7.3 作用在弹丸上的力矩  96-98
    7.3.1 静力矩  96-97
    7.3.2 赤道阻尼矩  97
    7.3.3 极阻尼力矩  97
    7.3.4 尾翼导转力矩  97-98
  7.4 ADAMS 对可控枪弹弹丸控制性验证  98-102
  7.5 本章小结  102-103
结论  103-105
参考文献  105-107
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果  107-108
致谢  108-109

基于FLUENT的可控枪弹弹丸气动力参数计算仿真

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