基于fluent仿真的防暴弹弹道系数解算

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1、基于Fluent仿真的防暴弹弹道系数解算董旭丹（中国人民武装警察部队工程大学装备工程学院，陕西西安710086）【摘要】本文提出一种防暴弹丸的弹道系数仿真解算方法，利用Fluent空气动力学仿真软件，对低速防暴弹丸飞行时受力及空气运动情况进行数值模拟仿真，选取S-A单方程模型，采用密度基求解器仿真计算出弹丸的阻力系数，进一步推算出防暴弹丸的弹道系数。.jyqkulationDONGXu-dan(EquipmentEngineeringInstitute,EngineeringUniversityofCAPF,Xi’anShaanxi710086,China)【Abs

2、tract】Thispaperintroducesaneethodofcalculatingballisticcoefficientbyaerodynamicsimulation.akeanumericalsimulationfortheairresistanceandthemovementofair,selectS-Asingleequationmodel,calculatethedragcoefficientofprojectilebyCoupledSolver,andfurthercalculatetheballisticcoefficientofanti-r

3、iotprojectile.【Keyericalsimulation；Ballisticcoefficient；Fluent；Solution0　引言弹道系数就是弹丸自身参数，它是弹头结构特征量对弹丸空气阻力加速度影响的综合系数。[1]目前对于弹形系数、弹道性能的测算方法主要有风洞试验及仿真测算等，采用Fluent空气动力学仿真软件进行数值模拟仿真试验，以某型防暴动能弹为例，通过数值模拟仿真，可以计算出防暴弹丸的阻力系数并进一步推导出弹丸的弹形系数及弹道系数。1　Fluent前处理分析建模在众多计算流体动力学的仿真软件中，Fluent软件是目前国内外工业界和教育系统

4、中市场占有率较高的商业软件。按Fluent软件的仿真步骤，先对弹丸进行仿真前处理分析。1.1　仿真的初始条件边界条件和初始条件是控制方程有确定解的前提，因此在仿真开始前我们应首先对仿真马赫数、弹丸章动角及尺寸等参数进行设定。[2-3]防暴弹丸弹速较低，来流马赫数设定为0.3。仿真时将弹丸在静止空气中飞行的运动转化为弹丸静止，空气以一定的速度流向弹丸；为使仿真结果尽可能接近实际情况，设定弹丸的章动角?啄=4°；弹丸长度为43.54mm，弹丸直径D=18.4mm，弹丸头部半球的半径R=9.2mm，弹身长度L=34.34mm。1.2　创建物理模型及计算域网格划分[4]将弹

5、丸本身进行一次细致的网格剖分，然后在弹丸外部建立一个长度为80mm，半径为60mm的圆柱，此区域内的网格剖分较细，而后在此圆柱外部建立一个高度为1000mm，半径为600mm的圆柱，此区域的网格剖分较为稀疏。简化计算域，即把Z轴负方向的部分删除。1.3　边界条件的设定设置最外层外面半个大圆柱的两个半圆端面以及半个圆柱外表面为压力远场PRESSURE_FAR_FIELD边界条件，整个模型在XY平面上的面为对称SYMMETRY边界条件。2　Fluent后处理计算防暴弹丸属于亚音速，选择密度基求解器。在求解计算精度上选择GradientOption下的Green-Gaus

6、sNodeBased方法；时间方面选择Steady，速度公式选择Absolute来处理，保持PorousFormulation项默认值不变。湍流模型选取S-A单方程模型。防暴弹丸飞行速度低，可将Density密度选项设置为ideal-gas，在Viscosity中选择sutherland，保持Sutherlandlaber马赫数设置为0.3；来流攻角为4°，因此X-ponentofFlober数位为1；由于来流马赫数较低，因此在FluxType类型中保持默认的Roe-FDS通量差分方法；为了加速收敛，采用多重网格法进行计算，因此设置MultigridLevels为5

7、，即设置5个层次的网格；为了保证计算精度，动量方程离散方法采用SecondorderUp/s，此时的阻力系数为0.808。弹丸属于亚音速钝头弹，采用西亚切定律计算更为准确，查询西亚切阻力定律的数值表可知马赫数为0.3时，标准弹的阻力系数4　结论衡量防暴动能弹的弹丸弹道性能时，引入了一种仿真求解弹丸弹道系数的方法，即采用Fluent空气动力学仿真软件数值模拟仿真求解。该方法操作简单，可以与风洞试验解算方法相配合，验证使用；对于低速非致命杀伤的防暴弹都基本适用，适用范围广，对非致命防暴弹药研发时的外弹道解算具有较高的借鉴参考价值。.jyqkm动能痛块弹终点效应实验[