基于空化效应的某驻退机液压阻力仿真研究

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1、基于空化效应的某驻退机液压阻力仿真研究狄长春顾赵强军械工程学院火炮工程系摘要:根据某火炮驻退机结构特征建立二维简化模型，利用FLUENT屮Mixture多相流模型和网格动态层更新方法，基于流体空化效应对驻退机后坐过程中复杂流场特性进行了数值模拟，预测了空泡的发生区域，得到了内部腔室压力、速度和气体体积分数的瞬时分布并计算出液压阻力曲线，结果表明此方法能够较为真实地描述驻退机内部复杂流场流动情况，为驻退机结构优化设计和故障分析提供有效参考。关键词：空化;CFD;驻退机;动网格;液压阻力;收稿日期:2

2、016-01-26SimulationResearchonHydraulicResistanceofRecoilMechanismBasedonCavitationDIChangchunGUZhaoqiangDepartmentofMechanicalEngineering,OrdnanceEngineeringCollege;Abstract：Thispaperbuildsupthesimplifiedtwo-dimensionalmodelaccordingtotheactualarchite

3、cturalfeatureoftherecoilmechanismandusestheMixturemultiphaseflowmodelanddynamicmeshesmethodtonumericilysimulagethefeaturesofthecomplexflowfieldintheprocessofrecoilmotion,forecaststheareaofthecavitationoccurreneeandobtainstheintcrnalchamberpressure,vel

4、oeityandtheinstantemcousdistributionofthegasvolumefractionandthehydraulicresistancecurve.Theresultsshowthatinthismethod,thetrueinternalcomplexflowfieldoftherecoilmachinecanbedescribedandarefereneeisgiventothestructureoptimizationdesignandfaultanalysis

5、oftherecoilmechanism.Keyword：cavitation;CFD;rcco订mcchanism;dynamicmesh;hydraulicrcsistancc;Received：2016-01-260引言驻退机作为火炮核心部件之一，在火炮射击吋通过驻退液流动控制火炮后坐受力、消耗后坐动能，起到缓冲制动作用。FI前，驻退机后坐运动的研究大多仍基于经典力学和经验公式，由于驻退机内流场的复杂性，故存在一定局限与误差，不能准确描述驻退机内流场参量瞬时分布特征。随着计算机技术的高速发展

6、，计算流体力学CFD以及更先进的仿真技术得到了更广泛的运用，这大大提高了驻退机内流场仿真的精度和效率。根据某火炮驻退机结构特征建立简化模型，利用FLUENT屮Mixture多相流模型和网格动态层更新方法，基于流体空化效应对驻退机内流场进行了数值模拟，得到了内部腔室各流场参量并计算出液压阻力曲线，结果表明此方法能够较为真实地描述驻退机内部流动情况，为之后的结构优化设计及故障分析提供了有力依据。1理论剖析1.1空化、空蚀现象空化现象指流体内局部压力降低至当地温度饱和蒸汽压以下时，流体内部或流固交界面上

7、蒸汽或气体空泡的形成、发展和溃灭的过程。空泡在低压流场区域不断长大，进人高压区域后会瞬间溃灭，因而在流场局部产生极高的瞬时压强，当空泡溃灭发生在固体表面附近时，由于产生的压力冲击波和微射流等反复作用，破坏固体表面，这种现象称为空蚀［1］。1.2驻退机结构及工作原理本文研究对象为某型火炮节制杆式驻退机，由图1可以看岀，节制杆式驻退机一般是由3个主要部件构成:驻退筒、驻退杆和节制杆。这3个部件相互配合，并通过相对运动形成了两条形态不断变化的流道，即“主流”和“支流”，以及3个体积大小不断变化的腔室，分

8、别称为工作腔（I腔）、非工作腔（II腔）和复进节制腔（III腔）。图1节制杆式驻退机结构简图下载原图该型驻退机的驻退杆和驻退筒分别与炮尾和摇架相连，火炮射击吋，炮身在炮膛合力作用下带动驻退杆一起后坐，工作腔屮的驻退液受驻退杆活塞挤压，沿活塞流液孔分成两股，其中主流高速通过节制杆与节制环形成的环形间隙通道进入非工作腔，同时由于驻退杆的不断被抽离，非工作腔会岀现真空。支流通过调速筒曲折通道、驻退杆内壁沟槽流进复进节制腔。由于液固交界面和液体内部存在摩擦阻力以及复杂流道引起的流速突变会产