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自适应间断装配法模拟弹道靶中超高速弹丸发射

常思源 邹东阳 刘君

常思源, 邹东阳, 刘君. 自适应间断装配法模拟弹道靶中超高速弹丸发射[J]. 实验流体力学, 2019, 33(2): 23-29. doi: 10.11729/syltlx20180104
引用本文: 常思源, 邹东阳, 刘君. 自适应间断装配法模拟弹道靶中超高速弹丸发射[J]. 实验流体力学, 2019, 33(2): 23-29. doi: 10.11729/syltlx20180104
Chang Siyuan, Zou Dongyang, Liu Jun. Simulating hypersonic projectile launching process in the ballistic range by Adaptive Discontinuity Fitting solver technique[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2019, 33(2): 23-29. doi: 10.11729/syltlx20180104
Citation: Chang Siyuan, Zou Dongyang, Liu Jun. Simulating hypersonic projectile launching process in the ballistic range by Adaptive Discontinuity Fitting solver technique[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2019, 33(2): 23-29. doi: 10.11729/syltlx20180104

自适应间断装配法模拟弹道靶中超高速弹丸发射

doi: 10.11729/syltlx20180104
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11872144

详细信息
    作者简介:

    常思源(1993-), 男, 河南驻马店人, 博士研究生。研究方向:高超声速空气动力学。通信地址:辽宁省大连市甘井子区凌工路2号(116024)。E-mail:changsiyuan@mail.dlut.edu.cn

    通讯作者:

    刘君, E-mail: liujun65@dlut.edu.cn

  • 中图分类号: V211.3;O354.5

Simulating hypersonic projectile launching process in the ballistic range by Adaptive Discontinuity Fitting solver technique

  • 摘要: 弹道靶自由飞试验是高超声速领域中的一种重要的地面试验手段。试验中厘米级的弹丸/弹托在10米级长度的管道中加速至极高的速度,出膛后通常采用气动力使弹托偏离预定弹道而被拦截器阻挡,仅使弹丸进入试验段开展测试。由于发射过程中弹丸的实际飞行姿态会受到管道内长距离加速、高压驱动下出膛、气动分离干扰等诸多因素的影响,因此基于计算流体力学发展相关的气动预测技术有助于指导试验方案设计,从而保证弹丸运动轨迹的准确性。针对发射问题中涉及的诸如空间尺度变化剧烈、接触-分离、超高速动态分离等数值仿真难点,采用基于非结构动网格技术和格心型有限体积方法发展的自适应间断装配求解器(ADFs),对非定常流场中的运动激波进行装配,通过二维算例对弹丸发射过程数值仿真进行了详细的原理性介绍。一方面,拓展了激波装配方法在工程问题中的应用;另一方面,针对弹道靶中超高速弹丸发射这类问题,建立了一套高效的数值模拟方法,实现了对弹丸从静止到加速、出膛、分离的全动态过程的精细流场刻画。
  • 图  1  流场变量重构

    Figure  1.  Variables reconstruction of flow field

    图  2  弹簧近似模型示意图

    Figure  2.  Sketch of springs analogies

    图  3  网格节点属性定义

    Figure  3.  Attribute definition of grid nodes

    图  4  激波节点参数确定示意图

    Figure  4.  Determination of shock nodes' parameter

    图  5  弹道靶计算模型示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of the computational model for ballistic range

    图  6  模型运动速度与位移曲线

    Figure  6.  Velocity and displacement curves of the model

    图  7  初始计算区域和边界条件

    Figure  7.  Initial computational domain and boundary conditions

    图  8  加速阶段不同时刻的压强云图

    Figure  8.  Pressure iso-contours at different moments in the accelerated process

    图  9  不同时刻激波附近的网格分布(从左至右:t=2.00ms, 3.00ms, 4.00ms)

    Figure  9.  Mesh distributions near the shock at different moments (from left to right: t=2.00ms, 3.00ms, 4.00ms)

    图  10  模型与激波的运动特性曲线

    Figure  10.  Kinetic characteristic curves of model and shockS

    图  11  加速过程弹丸和弹托的受力曲线

    Figure  11.  Aerodynamic force curves of projectile and sabots in the accelerated process

    图  12  不同时刻激波阵面的位置

    Figure  12.  The position of shock front at different moments

    图  13  t=4.55ms时刻流场压强与马赫数云图

    Figure  13.  Pressure and Mach iso-contours at t=4.55mss

    图  14  模型出膛过程的“虚拟挡板”示意图

    Figure  14.  Schematic of virtual baffles in the process of themodel leaving the muzzle

    图  15  分离阶段不同时刻马赫数云图

    Figure  15.  Mach iso-contours at different moments in the process of sabot separation

    图  16  弹丸和弹托速度变化曲线

    Figure  16.  Velocity curves of projectile and sabots

    图  17  弹丸和弹托气动力变化曲线

    Figure  17.  Aerodynamic force curves of projectile and sabots

  • [1] 任国民.弹道靶技术及其发展[J].弹道学报, 1994(1):90-96. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Conference/49185

    Ren G M. Technology of ballistics range and its development[J]. Journal of Ballistics, 1994(1):90-96. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Conference/49185
    [2] 唐恩凌, 李志秋.二级轻气炮中组合式弹托分离器的应用[J].沈阳理工大学学报, 2012, 31(1):84-87. doi: 10.3969/j.issn.1003-1251.2012.01.022

    Tang E L, Li Z Q. The application of combined type dissociator of projectile from its seat in two-stage light gas gun[J]. Journal of Shenyang Ligong University, 2012, 31(1):84-87. doi: 10.3969/j.issn.1003-1251.2012.01.022
    [3] Gouge M J, Combs S K, Fisher P W, et al. Design considerations for single-stage and two-stage pneumatic pellet injectors[J]. Review of Scientific Instruments, 1989, 60(4):575-575. https://www.researchgate.net/publication/224501005_Design_considerations_for_single-stage_and_two-stage_pneumatic_pellet_injectors
    [4] 庄宇, 陆欣.二级轻气炮内弹道过程数学建模及数值仿真[J].兵器装备工程学报, 2016, 37(12):75-79. doi: 10.11809/scbgxb2016.12.018

    Zhuang Y, Lu X. Mathematical modeling and numerical simulation for interior ballistics process of two-stage light-gas gun[J]. Journal of Ordnance Equipment Engineering, 2016, 37(12):75-79. doi: 10.11809/scbgxb2016.12.018
    [5] 黄洁, 梁世昌, 李海燕, 等.二级轻气炮发射过程内弹道数值计算研究[J].空气动力学学报, 2013, 31(5):657-661. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/kqdlxxb201305021

    Huang J, Liang S C, Li H Y, et al. Numerical research on interior ballistics of the launch process of two-stage ligiht gas gun[J]. Acta Aerodynamica Sinica, 2013, 31(5):657-661. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/kqdlxxb201305021
    [6] 管小荣, 徐诚.二级轻气炮发射过程数学模型和计算方法[J].南京理工大学学报:自然科学版, 2007, 31(1):22-26. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/njlgdxxb200701005

    Guan X R, Xu C. Mathematical model and computing method for launch process of two-stage light-gas gun[J]. Journal of Nanjing University of Science and Technology, 2007, 31(1):22-26. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/njlgdxxb200701005
    [7] Zou D Y, Xu C G, Dong H B, et al. A shock-fitting technique for cell-centred finite volume methods on unstructured dynamic meshes[J]. Journal of Computational Physics, 2017, 345:866-882. doi: 10.1016/j.jcp.2017.05.047
    [8] 刘君, 邹东阳, 徐春光.基于非结构动网格的非定常激波装配方法[J].空气动力学学报, 2015, 33(1):10-16. doi: 10.7638/kqdlxxb-2014.0109

    Liu J, Zou D Y, Xu C G. An unsteady shock-fitting technique based on unstructured moving grids[J]. Acta Aerodynamica Sinica, 2015, 33(1):10-16. doi: 10.7638/kqdlxxb-2014.0109
    [9] Barth T J, Jespersen D C. The design and application of upwind schemes on unstructured meshes[C]//Proc of the 27th Aerospace Science Meeting. 1989.
    [10] 阎超.计算流体力学方法与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2012.
    [11] 许和勇, 叶正寅.悬停共轴双旋翼干扰流动数值模拟[J].航空动力学报, 2011, 26(2):453-457. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hkdlxb201102032

    Xu H Y, Ye Z Y. Numerical simulation of interaction unsteady flows around co-axial rotors in hover[J]. Journal of Aerospace Power, 2011, 26(2):453-457. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hkdlxb201102032
    [12] 郭正, 刘君, 瞿章华.非结构动网格在三维可动边界问题中的应用[J].力学学报, 2003, 35(2):140-146. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lxxb200302003

    Guo Z, Liu J, Qu Z H. Dynamic unstructured grid method with applications to 3D unsteady flows involving moving boundaries[J]. Acta Mechanica Sinica, 2003, 35(2):140-146. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lxxb200302003
    [13] 伍贻兆, 田书玲, 夏健.基于非结构动网格的非定常流数值模拟方法[J].航空学报, 2011, 32(1):15-26. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hkxb201101002

    Wu Y Z, Tian S L, Xia J. Unstructured grid methods for unsteady flow simulation[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2011, 32(1):15-26. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hkxb201101002
    [14] 桑为民, 李凤蔚, 鄂秦.应用笛卡尔非结构切割网格进行外挂物投放的数值模拟[J].计算物理, 2002, 19(3):268-272. doi: 10.3969/j.issn.1001-246X.2002.03.017

    Sang W M, Li F W, E Q. Numerical simulation of the store separation using unstructured cartesian cutted grid[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2002, 19(3):268-272. doi: 10.3969/j.issn.1001-246X.2002.03.017
    [15] Murman S M, Aftosmis M J, Berger M J. Implicit approaches for moving boundaries in a 3-D Cartesian method[C]//Proc of the 41st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. 2003.
    [16] Batina J T. Unsteady Euler airfoil solutions using unstructured dynamic meshes[J]. AIAA Journal, 1989, 28(8):1381-1388. doi: 10.2514-3.25229/
    [17] Jay C, Carpenter M H. Computational considerations for the simulation of shock-induced sound[R]. NASA-TM-110222, 1995.
    [18] Onofri M, Paciorri R. Shock fitting:classical techniques, recent developments, and memoirs of Gino Moretti[M]. Springer, 2017.
    [19] 邹东阳, 刘君, 邹丽.可压缩流动激波装配方法在格心型有限体积中的应用[J].航空学报, 2017, 38(11):121363. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HKXB201711013.htm

    Zou D Y, Liu J, Zou L. Applications of shock-fitting technique for compressible flow in cell-centered finite volume methods[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2017, 38(11):121363. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HKXB201711013.htm
    [20] 王巍.有相对运动的多体分离过程非定常数值算法研究及实验验证[D].长沙: 国防科学技术大学, 2008.

    Wang W. Numerical simulation technique research and experiment verification for unsteady multi-body flowfield involving relative movement[D]. Chang Sha: National University of Defense Technology, 2008.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-08-01
  • 修回日期:  2018-10-24
  • 刊出日期:  2019-04-25

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    2021年8月13日