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基于流场数值模拟的远程弹尾翼稳定装置设计

作　者: 汪建业
导　师: 焦志刚
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 火炮自动武器与弹药工程
关键词: 膛口流场数值模拟尾翼弹稳定装置
分类号: TJ303.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文分析了国内外膛口流场理论的发展现状和趋势,介绍了膛口流场数值模拟方法和膛口流场的基本特性。通过建立的7.62mm步枪膛口流场模型,并采用非结构动网格技术,在模型中加入了湍流模型,得到了与实验照片大致吻合的计算结果,清楚地展示了膛口流场的形成过程。此外,对某大口径火炮含动边界的膛口流场进行了计算,为尾翼的张开运动分析提供了依据。分析了当前国内外典型超口径尾翼稳定装置的结构和特点,在结构分析的基础上借助后效期的二维膛口流场理论提出了后效开翼的新途径,设计出了一种新型适合远程弹丸的尾翼稳定装置结构,同时对该稳定装置进行了结构分析、强度计算、气动力和稳定性的计算;并且利用二维流场理论分析了尾翼的张开运动,结果证明了该尾翼结构设计方案是可行的。最后对远程尾翼弹丸外弹道流场进行了数值模拟,结果表明弹丸在飞行的过程中攻角和马赫数对流场的影响,与理论相吻合,对炮弹、特别是尾翼弹的外弹道数值计算方法作了探索性的工作,为炮弹以及尾翼稳定装置的设计提供了依据。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-16
  1.1 本课题研究的目的和意义  11-12
  1.2 国内外膛口流场研究现状分析  12-13
  1.3 CFD 软件介绍  13-15
  1.4 本文的主要工作  15-16
第2章膛口流场数值模拟方法  16-32
  2.1 概述  16-17
  2.2 控制方程  17-19
    2.2.1 质量守恒方程  17-18
    2.2.2 动量守恒方程  18
    2.2.3 能量守恒方程  18
    2.2.4 计算方程  18-19
  2.3 湍流模型  19-22
    2.3.1 单方程（Spalart-Allmaras）模型  19-21
    2.3.2 标准k- ε模型  21
    2.3.3 重整化群k- ε模型  21-22
  2.4 控制方程的离散化  22-23
  2.5 网格生成技术  23-29
    2.5.1 法向外推生成近壁区代数网格  24-25
    2.5.2 椭圆型偏微分方程方法生成远壁区网格  25
    2.5.3 动网格模型  25-29
  2.6 初始条件和边界条件  29-30
  2.7 用户自定义函数  30-31
  2.8 本章小结  31-32
第3章膛口流场的数值模拟  32-47
  3.1 膛口流场简介  32-35
    3.1.1 初始流场  32-33
    3.1.2 火药气体主流场  33
    3.1.3 膛口流场的基本特性  33-35
  3.2 含动边界膛口流场的数值模拟  35-44
    3.2.1 网格划分  35
    3.2.2 边界条件  35-36
    3.2.3 计算结果及其分析  36-44
  3.3 130mm 炮口流场数值模拟  44-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章典型尾翼稳定装置结构分析  47-53
  4.1 气缸张开式尾翼结构  47-48
  4.2 微旋张开式尾翼结构  48
  4.3 火药气体直接作用的张开式尾翼结构  48-49
  4.4 径向张开式弧形尾翼结构  49-50
  4.5 涡轮张开式尾翼结构  50
  4.6 借助弹簧力张开的尾翼结构  50-51
  4.7 后掠翼与垂直翼的抗章动性分析  51-52
  4.8 本章小结  52-53
第5章远程弹尾翼稳定装置设计  53-69
  5.1 结构设计  53-55
  5.2 尾翼膛内自锁可靠性计算  55-57
  5.3 尾翼稳定装置强度计算  57-62
    5.3.1 翼片的强度分析  57-58
    5.3.2 销轴的强度分析  58-59
    5.3.3 翼座支耳的强度分析  59-62
  5.4 稳定性计算  62-65
  5.5 用二维流场理论分析尾翼的张开运动  65-68
  5.6 本章小结  68-69
第6章尾翼弹外弹道流场数值模拟  69-82
  6.1 流场控制方程  69-70
  6.2 计算模型  70
  6.3 初始条件和边界条件  70-71
  6.4 流场计算结果分析  71-81
    6.4.1 激波前后气流参数分析  71-73
    6.4.2 不同攻角情况下的流场分析  73-77
    6.4.3 不同马赫数下的流场分析  77-81
  6.5 本章小结  81-82
结论  82-84
参考文献  84-88
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  88-89
致谢  89

基于流场数值模拟的远程弹尾翼稳定装置设计

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