0 引言
1 模型
2 数值方法
2.1 计算方法
文中使用cfx 软件进行数值计算。具体计算方法为: 结合SST 湍流模型,并采用有限体积中心差分格式对三维雷诺平均Navier-Stokes 方程进行求解。在计算滚转阻尼时,采用了和文献[1]相同的方法,坐标系固定在子弹体上,随子弹一起以固定的角速度旋转。入口边界采用速度和温度;出口边界采用静压和温度;远场边界采用无粘滑移边界墙;壁面边界采用无滑移壁面条件。
转速计算公式:
, ,
其中 为滚转力矩系数, 为滚转阻尼力矩系数导数,由数值计算获得,L为参考长度,V为来流速度,n为子弹转速。
2.2 计算网格
2.3 计算条件
1)静态计算条件
速度:40 m/s、65 m/s、200 m/s;攻角:-7°、-2°、 3°。
2)准静态计算条件
速度:40 m/s、65 m/s、200 m/s;攻角:-7°、-2°、 3°;
转速:0~5 r/s。
3 结果与讨论
对静态和旋转状态的气动滚转力矩和阻尼力矩进行了计算,通过转速计算公式,获得不同光学舱子弹的转速,并对计算结果进行了比较分析。
3.1 转速结果分析
3.2 流场分析
从第3.1节转速结果分析可以看出光学舱的几何形状对子弹转速有较大影响,下面从流场的角度对这种影响做进一步研究。从图7光学舱部位的压力云图可以看出,光学舱左凸台内侧,压力较大,而光学舱外圆弧面的压力较小,因此形成了压力差,光学舱受到由内平面向外弧面的力,这样,沿弹轴从弹尾向弹头看,弹体将顺时针旋转。从图8无凸台光学舱部位的压力云图可以看出,光学舱外弧面和内平面的压力几乎相同,压力差较小,弧面的压力稍大于内平面,因此光学舱受到由外弧面向内平面的力,这样,沿弹轴从弹尾向弹头看,弹体将逆时针旋转。从这两种外形的压力云图对比分析,可以进一步说明光学舱左凸台对顺时针转速有较大影响,在光学舱结构设计时应充分考虑凸台的高度不能太高,否则顺时针转速会增大。
3.3 试验验证
4 结论
通过数值计算的方法研究了光学舱几何结构变化对子弹转速大小及方向的影响,并通过流场分析和与实测转速结果的对比得出结论:
1)采用文中的数值方法计算的转速实用、可靠,与试验结果一致性好;
2)光学舱的几何形状影响子弹的转速及旋转方向;
3)在设计光学舱结构时,应注意迎风端左凸台高度的增加,会引起子弹的顺时针转速增大;
4)当光学舱采用宽凸台结构时,可以减小子弹的转速;
5)当光学舱迎风端无凸台时,会产生较小的转速。