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低阻空心弹的数值设计研究

作　者: 李艳玲
导　师: 陈志华；姜孝海
学　校: 南京理工大学
专　业: 热能工程
关键词: 空心弹丸低阻弹 fluent软件粘性阻力系数
分类号: TJ410.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 38次
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内容摘要

空心弹丸沿其轴线为通孔,因而具有初速度高、阻力小等特点,在防空和航空弹药等领域的应用前景非常广阔。近年来,随着空心弹丸研究技术的逐渐成熟,它将成为小口径火炮的主要用弹之一,因此,开展对空心弹丸的研究和探索具有重要意义。本文以内径d=17.2mm,外径D=30mm,弹丸长度L=80mm的空心弹丸为研究对象,在选取粘性方程与AUSM数值格式后,运用CFD软件对常用空心弹进行数值模拟,验证了数值模拟结果的正确性。然后基于空心弹阻力系数,对其气动外形进行了数值优化,得到了一定条件下的最小阻力模型,并对其在不同来流Ma=1.2-4.0范围内的流场进行了数值模拟,得到了空心弹波系结构,压力分布和阻力系数的变化规律,得到了空心弹只适合于高速发射的结论。同时,还对比了粘性控制方程与无粘Euler方程条件下,空心弹丸的流场以及阻力的变化,发现空心弹的摩阻在总阻中所占的比例较常规弹丸大得多,因此必须考虑空心弹丸摩阻的影响。另外,还数值模拟了空心弹丸在攻角不为零时的流场,讨论了空心弹攻角的大小对空心弹丸流场以及阻力系数的影响。发现当攻角大于4°时,空心弹的阻力增加较快。以上研究结论,可以为空心弹丸的进一步研究提供重要的参考。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 引言  7-12
  1.1 课题研究背景及意义  7-9
  1.2 空心弹丸的国内外研究现状  9-10
  1.3 本文主要工作  10-12
2 数值模拟技术与方法  12-31
  2.1 Fluent软件介绍  12-14
    2.1.1 Fluent软件包的简单介绍  12-13
    2.1.2 Fluent数值模拟流程  13-14
  2.2 网格生成技术  14-19
    2.2.1 结构网格和非结构网格  15
    2.2.2 分区结构网格的生成  15-16
    2.2.3 混合网格的生成  16-17
    2.2.4 网格自适应技术  17-19
  2.3 计算方法  19-27
    2.3.1 基本控制方程  19-21
    2.3.2 湍流模型的对比和选择  21-23
    2.3.3 对方程的空间离散  23-24
    2.3.4 Fluent软件中的相关设定  24-27
  2.4 Fluent软件中对于阻力系数和升力系数的计算  27-29
  2.5 验证  29-30
  2.6 本章小结  30-31
3 基于阻力系数的空心弹气动外形数值优化  31-49
  3.1 空心弹丸内径、外径以及长度对阻力的影响  31-34
  3.2 空心弹丸外壁面的数值优化  34-39
  3.3 空心弹丸内壁面的数值优化  39-44
  3.4 数值优化模型  44
  3.5 优化模型的分析研究  44-48
    3.5.1 流场以及弹丸壁面上的压力分布  44-46
    3.5.2 优化模型阻力系数的比较  46-48
  3.6 本章小结  48-49
4 不同马赫数条件下空心弹流场结构  49-62
  4.1 附体波条件下的流场结构  49-55
    4.1.1 流场的对称性  52-53
    4.1.2 流场分析  53-54
    4.1.3 阻力系数和升力系数的分析  54-55
  4.2 脱体激波条件下的流场结构  55-61
    4.2.1 流场分析  55-57
    4.2.2 流场的速度特性  57-59
    4.2.3 附体与脱体两种条件下阻力对比分析  59-61
  4.3 本章小结  61-62
5 真实与无粘条件下的空心弹气动参数对比  62-67
  5.1 流场压力分布  62-64
  5.2 阻力系数和升力系数的分析  64-66
  5.3 本章小结  66-67
6 攻角对空心弹流场的影响  67-73
  6.1 流场压力分布  67-70
  6.2 阻力系数和升力系数的分析  70-72
  6.3 本章小结  72-73
7 结论与展望  73-75
  7.1 结论  73
  7.2 展望  73-75
致谢  75-76
参考文献  76-81
附录  81

低阻空心弹的数值设计研究

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