计算流体力学大作业

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1、南京理工大学动力工程学院计算流体力学大作业题目基于Fluent的小口径炮弹流体动力学分析专业姓名学号电话成绩教师评语：年月日11基于Fluent的小口径炮弹流体动力学分析摘要小口径火炮武器系统广泛应用于陆军、海军和空军，用于野战防空、要地防空、舰船防空和飞机空中近距格斗。本文以小口径炮弹为研究对象，对其进行了飞行过程中的流体动力学分析，对其控制方程进行了分析，最后利用ANSYS软件的Fluent模块对其在来流马赫数为2.5，迎角为5度的情况时的空气绕流情况进行了仿真分析，得到了炮弹的阻力系数和升力系数变换图、速度矢量图、流线绕流图和弹的压力分布图，并对所得到的结果进行了分析，

2、得出了一些结论。这对以后小口径炮弹的改进有很大的帮助。关键词：小口径火炮仿真Fluent1、引言小口径速射火炮是抗击中低空飞机、直升机、巡航导弹、战役战术导弹的重要武器装备，是形成弹幕、终端毁伤来袭武器以保卫重要目标的最后一道屏障。随着战场条件和目标特性的变化，对近程防空反导武器提出了新的需求，在国内外现有小口径速射火炮武器系统的基础上，分析高射速发射火炮武器系统的特点，分析炮弹在出炮口后的飞行流体动力学特性有非常重要的意义。小口径速射火炮【[]朱森元.小口径速射火炮武器系统发展展望[J].兵工自动化，2008，27（6）：1-8.】，涵盖23mm、25mm、30mm、35m

3、m、37mm等口径，发射方式涵盖转管发射（多管转管自动机、多转管自动机共架）、转膛发射、双管联动、并行发射及电控串行发射（“金属风暴”）等。随着技术的进步，小口径速射火炮性能突飞猛进，瞬时射速达到几万～几十万发/min。其中，射速为1000～8000发/min的小口径火炮发射、弹药技术等技术群称为“高射速发射技术”；而发射速度达到8000发/min以上的小口径火炮发射技术、弹药技术等技术群则称为“超高射速发射技术”。高射速发射技术，由小口径火炮武器系统的雷达、光电等传感器跟踪来袭目标，计算机解算，指挥火炮，发射密集弹丸形成弹幕，击落穿过中远程防空火力的“漏网者”，有效保卫重要

4、目标、战略要地、机动部队和二次打击能力，是抗击巡航导弹、空地导弹、反舰导弹、制导炸弹以及无人飞机等攻击的有效屏障。在近年来的历次防空反导作战中都发挥了重要作用。1973年10月的第4次中东战争，以色列共损失飞机120架，其中被23mm11高炮武器系统击落的占55%，在埃军突破“巴列夫”防线的一次战斗中，前3小时以军飞机就被埃军23mm高炮击落18架。1982年英阿马岛战争中，马岛阿方的地面防空力量只有一个防空营，但它的30mm和40mm高炮却击落了英军11架飞机，占英军损失飞机总数的32%。1998年12月17日，美英对伊拉克又发动了代号为“沙漠之狐”的空中打击，美军在头两天

5、即发射了305枚巡航导弹，但其中的77枚被23mm高炮武器系统的密集炮火击落实践表明，小口径速射火炮在未来的信息化战争中，大有用武之地，是陆海空三军和二炮的必须装备。根据小口径速射火炮武器系统不断扩展的应用范围，需要加强应用基础的研究，促进自主创新；需要新的理论支持，推动炮口流场理论发展；开发智能化供输弹、补弹技术，提高持续射击时间；开发大威力、全天候传感器，网络化传感器，提高传感器威力。未来战争，小口径速射火炮武器系统打击、毁伤目标的种类、性能都有较大发展。相应地，其预警、跟踪、瞄准、毁伤等性能必须有较大的飞跃，才能适应“建设信息化部队，打赢信息化军队”战略目标的需要。而对

6、小口径炮弹进行空气动力学分析，对以后的改进有很大的帮助。2、物理模型本文研究的小口径速射炮弹模型如下图所示，弹头母线为圆弧，船尾角为8度，为了求解方便将炮弹做了如下假设：炮弹是无尾翼的，出炮口后不考虑旋转，由于炮弹的流场是三维的、有粘的，来流速度大部分为超音速的，因此采用理想可压缩气体模型，为了简化计算采用层流模型，控制方程采用无量纲N-S方程，流动为定常流动。以上工作均在软件中设置完成。图1平面图11图2三维图3、控制方程在Fluent中设置求解器为耦合可压缩模型，这个模型是专门用来求解高速可压缩流体N-S方程的。主要用到的控制方程有：质量守恒方程：（1）式中矢量符号：（2

7、）动量守恒方程【[]钱翼稷.空气动力学[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.9】：（3）式中符号、、和是动量守恒方程的广义源项。能量守恒方程：（4）11式中，是比热容，T为温度，k为流体的传热系数，为流体的内热源及由于粘性作用流体机械能转换为热能的部分，grad（）=。由于是定常流动，所以。4、数值计算方法对于在求解域内所建立的偏微分方程，理论上是有真解的。但由于所处理的问题自身的复杂性，一般很难得到方程的真解。因此，需要通过数值方法把计算域内有限数量位置上的因变量当作基本未知量来处理，从而建