4.2 数值仿真获得的计算模型
分析第三章数值仿真的结果,最终选取模型为:(1)药型罩厚度bt为4.5mm,次口径药型罩半径r0=48mm,药型罩边缘厚度tt=1.0mm,药型罩边缘倒角β为35°;(2)药型罩厚度bt为4.5mm,次口径药型罩半径r0=49mm,药型罩边缘厚度tt=1.0mm,药型罩边缘倒角β为35°。
对这两个仿真方案进行计算,结果如下表:
表4.1 两种优化方案的仿真结果表(200μs)
模型 头尾部速度 长度 长径比 EFP成型
(1) 1789/1785 46.25 1.42
(2) 2208/2208 64.4 1.06
由上表可以看出,模型(1)得到的EFP头尾部速度几乎一致,长径比的值较佳,EFP成型良好,尾部尾裙向前弯曲程度大,具有良好的气动外形。模型(2)中,头尾速度一致,且均大于模型1的速度,长度也较长,有尾裙,且尾裙向前弯曲,气动外形良好。
4.3 控制方法和计算方法
由于EFP飞行速度很高,此时必须考虑空气的粘性。另外,由于EFP尾部存在空腔结构,容易产生涡流,因此选用基于Favre平均的N-S方程[60-61],并选择经典的k-ε湍流模型。
连续方程:
(4.1)
动量守恒方程:
(4.2)
能量方程:
(4.3)
k-ε方程:
(4.4)
(4.5)
其中:
(4.6)
=1.44,=1.92,=1.0,=1.3
由于上述所采用标准的k-ε模型是高雷诺数模型,因此不可将其用于粘性影响强于湍流影响的近壁面区域,在近壁面出的单元采用壁面函数来处理,可精确计算粘性力,k和ε的运输方程不在使用数值积分的形式,而是采用半经验公式将k、ε与ur联系起来,计算公式为[62]:
, , (4.7)
其中,=0.09,为壁面处剪切应力,是根据第一个单元中y和u的已知迭代计算得到的,取κ=0.41,y为某单元与壁面的距离。空间离散采用高阶精度的Roe’s通量差分分裂格式,采用全隐式求解。
4.4 攻角不同时气动力参数的数值计算
由于EFP在形成过程中会受到各种不对称因素的影响,即使是对于设计稳定的EFP,它在飞行过程中也存在一定的攻角,一般来说,当攻角小于10°时,起着靶姿和威力不会受到太大影响,这是在误差允许接受的范围之内的。若EFP的气动外形良好,攻角会在一定的范围内变化甚至是变小,否则会失散并逐渐失稳。由于EFP的飞行速度高,初速大约为2000m/s,作用距离短,一般为100m-150m,气动作用的总时间是很短的,大约只有几十毫秒,所以,减少对EFP初始飞行的扰动是至关重要的。
仿真中选取气动力计算的条件为标准状态,即大气密度1.225kg/m3,大气压为101325Pa,大气温度为288.15K,声速为340.294m/s。模型的计算状态及基本参数如下表。