聚能火工装置工作过程数值模拟

《聚能火工装置工作过程数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第36卷第1期2010年2月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPUISIONV01．36．№．1Feb．2010聚能火工装置工作过程数值模拟夏晓宇，黄敏超(国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073)摘要：采用ALE算法模拟了聚能火工装置的工作过程。仿真结果能够演示聚能射流的形成过程，并且能够揭示一些有关材料和射流的特性和规律，符合现有实验结论并与相关文献结论一致。表明该模拟方法合理可行，可应用于聚能火工装置优化设计。关键词：火工装置；聚能射流；数值模拟；ALE中图分类号：V435文献标识码：A文章编号：(2010)01-0050-05Numericalsimu

2、lationoftheworkingprocessofashapedchargepyrotechnicsXiaXiaoyu，HuangMinchao(Inst．ofAerospaceandMaterialEngineering,NationalUniv．ofDefenseTechnology，Changsha410073，China)Abs响瞄：TheworkingprocessofashapedchargejetpyrotechnicsissimulatedwiththeALEmethod．SimulationresultsCandemonstratetheshapingproc

3、essoftheshapedchargejet，andtheyCanalsoshowsomerulesandcharacteristicsoftheshaoeachargejet．Theresultsagreewiththeexistingex-perimentaloutcomesandthereferences．Itshowsthatthesimulationmethodisreasonable，soitcouldbeusedintheoptimizationdesignoftheshapedchargejetpyrotechnics．Keywords：pyrotechnics；

4、shapedchargejet；numericalsimulation；ALE0引言聚能火工分离装置是航空航天领域应用较广的一类火工装置，其基本形状是将内装有猛炸药的金属管拉制成截面呈倒V字形的细长条。作用原理是：当聚能装药起爆后，金属罩在爆炸作用下压垮，爆炸产生的高温高压气体和金属气化产物形成高速“刀片”状射流，具有较强的切割能力。聚能火工装置具有能量大、能切割多种结构收稿日期：2009--09—27；修回日期：2009—11—12。作者简介：夏晓宇(1984一)，男，硕士，研究领域为宇航推进理论与工程。第36卷第1期夏晓宇，等：聚能火T装置丁作过程数值模拟51及材料等优点，是应

5、用较早较多的线型分离装置，如应用于美国“阿特拉斯一人马座”火箭、“土星V”号火箭上的绝热隔板分离，以及固体火箭发动机推力终止装置llJ。由于聚能射流的研究涉及到炸药的爆轰过程及材料在高温、高压及高应变率下的大变形等复杂力学问题，难以用传统的力学公式来描述，解析方法所涉及的范围非常有限，因此人们对聚能火工分离装置的研究以经验设计和试验验证为主。随着计算机技术和仿真方法的发展，数值模拟已经成为了一种重要研究手段。利用有限元分析软件ANSYSFLS—DYNA，以固体火箭发动机推力终止装置上的聚能分离装置为研究对象进行建模，对其工作过程进行仿真，并与现有实践结论进行对比分析，验证了模型的合

6、理性和算法的可行性，为新型聚能火工装置的开发提供了一种高效便捷的辅助设计手段。1数学模型1．1有限元计算方程在爆炸冲击环境中，通常把结构用有限元离散化，其有限元方程表示为：M；i(t)+C莺(t)+F(易莺)=P(为￡)柑(1)式中，肘为总质量矩阵；P为总体载荷矢量；F为单元应力场等效节点力矢量组；日为总体结构沙漏粘性阻尼力；C为结构阻尼系数；露(t)为总体节点加速度矢量；莺(t)为总体节点速度矢量。动力平衡方程的数值解法采用直接积分法，时间积分采用显式中心插分法。1．2ALE方法ALE方法最早是为了解决流体问题而引入的，它可以克服单元严重畸变引起的数值计算困难，很好地处理整个物体

7、发生空间位移及本身发生大变形的问题，并实现流一固耦合的动态分析。ALE算法分为3步：(1)显式Lagrange计算，即只考虑压力梯度分布对速度和能量改变的影响，在动量方程中压力取前一时刻的量，因此是显式格式；(2)用隐式格式解动量方程，而把(1)求得的速度分量作为迭代求解的初始值；(3)重新誓l工=掣卜瓦OF(2)P-_A(1一．)exp(坷∥)招(1一号)exp(嘏∥)+了WE舟篇2—310a2嘲蝴【l电卸也者_S3南J距；S。、S：、S，为t，．吲，曲线的斜率系数