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使用改进型AUSM格式进行膛口流场的数值模拟

作　者: 郑靖森
导　师: 张小兵
学　校: 南京理工大学
专　业: 兵器发射理论与技术
关键词: 内弹道过程膛口流场 AUSM~+-up格式混合动网格
分类号: TJ303.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

膛口流场对弹丸的扰动是影响射击精度的重要因素,因此编制程序对膛口流场进行数值模拟,考虑弹丸在膛内运动时形成的初始流场,以及弹丸出膛口后和气流的相互作用,对膛口流场的发展过程进行分析。主要研究内容如下:建立膛口流场的数学物理模型,采用ALE形式的Euler控制方程。在模型的数值求解方面,使用有限体积法进行空间离散;采用AUSM~+-up格式计算控制体边界面的对流通量;对于不同类型的网格,根据相应的限制器和空间重构方法进行计算;采用四阶Runge-Kutta格式进行时间离散;构造虚拟网格统一处理各种边界条件。对于弹丸复杂外形,使用非结构网格处理,并采用结构网格整体移动的混合动网格方法处理弹丸的运动边界问题,避免弹丸运动过程中的网格重构,最大程度的降低插值误差。根据面向对象、单元测试、版本管理等软件工程方法,编制可跨平台运行的膛口流场求解程序,使用激波管、圆柱绕流、圆柱在流场中运动等算例进行验证。以7.62mm步枪为例对膛口流场进行数值模拟。耦合内弹道过程,并将弹丸在膛内和膛外两种运动统一计算,避免将二者分开计算吋带来的精度损失。考虑弹丸在膛内运动时的弹前压力,对内弹道计算进行修正。根据数值计算结果,对弹丸的运动过程、膛口流场的形成机理等内容进行分析。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-18
  1.1 课题背景与意义  9-10
  1.2 国内外研究状况  10-17
    1.2.1 膛口流场的国内外研究状况  10-11
    1.2.2 CFD计算方法的发展状况  11-15
    1.2.3 混合动网格技术的研究及应用  15-17
  1.3 本文主要工作  17-18
2 膛口流场的数学物理模型  18-23
  2.1 内弹道数学物理模型  18-20
  2.2 流场的数学物理模型  20-22
    2.2.1 ALE形式的Euler控制方程  20-21
    2.2.2 火药气体补充方程  21-22
  2.3 本章小结  22-23
3 膛口流场数值求解方法  23-49
  3.1 内弹道模型数值解法  23
  3.2 膛口流场模型的空间离散  23-34
    3.2.1 有限体积法  24-25
    3.2.2 AUSM系列格式  25-29
    3.2.3 基于结构网格的有限体积法  29-32
    3.2.4 基于非结构网格的有限体积法  32-34
  3.3 膛口流场模型的时间离散  34-35
  3.4 初始条件和边界条件  35-38
    3.4.1 初始条件  35
    3.4.2 边界条件  35-38
  3.5 混合动网格处理  38-48
    3.5.1 结构网格的生成  38-40
    3.5.2 非结构网格的生成  40-41
    3.5.3 混合网格  41-44
    3.5.4 混合动网格  44-48
  3.6 本章小结  48-49
4 编制程序实现膛口流场的数值模拟  49-77
  4.1 程序的框架结构  49-50
  4.2 程序模块的实现  50-57
    4.2.1 参数文件的读取  51-52
    4.2.2 边通量的计算  52-54
    4.2.3 输出计算结果  54-55
    4.2.4 程序的可移植性  55-57
  4.3 使用数值算例验证求解程序  57-67
    4.3.1 激波管问题的计算与验证  57-61
    4.3.2 圆柱绕流问题的计算与验证  61-65
    4.3.3 圆柱在静止流场中运动的计算与验证  65-67
  4.4 膛口流场的算例求解与结果分析  67-76
    4.4.1 计算网格划分  67-68
    4.4.2 初边值条件  68-69
    4.4.3 混合动网格中身管的处理  69-70
    4.4.4 弹丸前后压力对速度的影响  70-71
    4.4.5 膛口流场计算结果分析  71-76
  4.5 本章小结  76-77
5 结束语  77-78
  5.1 工作总结  77
  5.2 问题与展望  77-78
致谢  78-79
参考文献  79-85

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