SolidWorks某火炮炮口减压减噪装置设计(2)

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3.8本章小结...12

4不带减压减噪装置炮口周围流场分析...12

4.1创建几何模型....13

4.2建立和划分网格....13

4.2.1活塞-圆管模型Block划分....14

4.2.2设置网格节点数...15

4.2.3生成网格、检查网格质量.16

4.3炮口周围区域流场分析..18

4.4本章小结..22

5带减压减噪装置炮口流场分析24

5.1炮口减压减噪装置结构..24

5.2建立几何模型...24

5.3ICEM完善几何模型建立27

5.3.1导入几何模型..27

5.3.2修改和完善几何模型....27

5.3.3建立减压减噪装置结构模型拓扑结构.28

5.3.4定义减压减噪装置结构的网格参数28

5.4带减压减噪装置炮口周围流场模拟仿真分析....30

5.5本章小结..36

结论.37

致谢.38

参考文献.39
1 绪论
1.1 选题背景火炮作为一种武器自其诞生起就在战争中发挥着重要作用-751`文~论^文.网www.751com.cn，有着战争之神的称号。进入二十一世纪，火炮在火力压制、面打击、快速反应、和经济性等方面仍然具有其优越性，发挥着其它传统武器或新兴武器无可替代的作用。火炮性能和作用的研究一直进行着，现代计算机和信息技术快速发展给传统火炮发展带来了新的契机，使火炮研究不仅有了新的更先进的方法，也让火炮功能、性能发展有了质的飞跃[1]。火炮在射击过程中产生强大的冲击波和冲击噪声，冲击波和高噪声是伤害操作手及损坏火炮结构的最主要因素。过去进行火炮设计时未能充分考虑这一负面因素，或是因为综合考虑火炮性能利弊之后做出取舍而将这一负面因素放在比较次要的位置。据从事火炮工作的相关人员透露，炮兵或者火炮操作手因为经常操纵火炮发射，受到高强度冲击波和高分贝噪声影响，身体内部器官受损，听觉系统功能降低变弱。这一系列负面影响造成火炮操作手的平均寿命远低于普通人，在 50岁到 60岁之间。可见火炮发射产生的冲击波和噪声对操作手的损害的严重性。此外，由于冲击波本身对较近物体的高毁坏性，冲击波“冲击”火炮结构，是炮身结构发生物理变形[2]。现代火炮设备已经不再是单纯的钢铁机械结构，日益信息化火炮设备配备安装了复杂电子设备，如车载炮、自行炮等类型的火炮，成千上万的电子器件不像机械零部件能够抵抗高强度物理冲击，容易受到冲击波“冲击”而损坏。第三，炮口冲击波和高噪声也会毁坏火炮周围的建筑设施，在真实的战场条件下，高噪声易暴露己方阵地，从军事作战角度来讲危险程度极大。另外，从人机工程学的角度看这个问题。现代机器设计越来越注重机器同操作人员的完美结合，即满足人机工程学原理。现代机器在满足人们期望的功能要求的同时，还要满足同人的有效结合这一要求，即让操作手更加方便舒服地操作机器进行作业；让人在一个相对安全舒适的环境下工作，尽量避免或降低因机器对人体造成伤害[3]。实际上，当机器设计充分考虑了人的因素之后，反过来，由于人能舒适地使用机器，可更大限度的发挥机器的功能。在这一方面，火炮作为机器也不例外，同样应当考虑设火炮计满足同操作手完美结合的要求。综上原因，研究一种特定的火炮装置，有效地给火炮降压降噪，是我们当前面临的一个现实课题。
1.2 国内外关于内弹道学及膛口冲击波的研究从上世纪五十年代、六十年代起，武器科研人员开始研究中间弹道学并用以研究膛口冲击波。起初，在当时技术条件下，计算机技术刚刚兴起，人们主要采用理论方法、试验方法和数值方法三者结合的研究办法研究膛口流场分布。进入上世纪九十年代，计算机技术已经发展得相当成熟，它由此在流体力学领域催生出了一门新的建立在计算机技术基础上的新的研究流体力学的现代科学方法——计算流体力学（CFD）[4]。计算流体力学出现是以往无法计算的复杂流场现在变为可能，膛口流场能够以真实的物理模型展现出来，十分精确的数学模型为数值模拟提供了基础[5]。国外科学家以二位欧拉方程为基础，对整个研究范围的流场区域划分非结构体网格，一次办法模拟火炮设计过程中弹丸出炮口时流场变化。而另有科学家对火炮发射弹丸出炮口时的结构进行简化，即将弹丸简化为线边界条件，忽略初始流场的影响，赋予弹丸一个稳定速度，再次稳定条件下对炮口流场进行数值模拟。在另外方面，考虑到弹丸出炮口前在弹丸前方产生激波，而在弹丸出炮口过程中弹丸穿越激波，从而破坏旧的膛口流场，形成新的膛口流场。此过程国外科学界也进行了相关数值模拟研究。国内科学家姜孝海等采用另一种办法——网格嵌入技术，运用有限体积法，以ALE 方程为理论基础，对弹丸由静止加速到飞离膛口的过程进行流场仿真。该研究取得了十分有效的研究成果，利用已取得的模拟数值结果，全面分析了初始流场形成的膛口射流及高压火药气体形成的膛口射流，并分析了两个冲击波的形成与发展过程，以及与弹丸作用的耦合过程。过去对内弹道学的研究主要集中在无粘性流，在粘性流与湍流方面，人们花费的经历不多。现如今，科学家对内弹道学进行研究过程中，对使用两相湍流的办法越来越感兴趣，而且相关研究也取得了比较大的进展。现在越来越多地看到人们已经在进行多维两相内弹道问题的数值模拟，这跟以往只计算较单一的一维或二维问题已有了很大提高。