1.Bullet余速確定

對(duì)于Bullet飛行120m后的余速，考慮到數(shù)值仿真模型較大，采用理論經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。其理論計(jì)算方法如式1-1所示。

（1-1）

式中為彈丸出膛后的初速（）；s為彈丸位移（m）；為速度衰減系數(shù)，其中，

（1-2）

式中，Cx為彈丸迎風(fēng)阻力系數(shù)，對(duì)于柱形彈丸，

（1-2）

M為馬赫數(shù)；ρa為當(dāng)?shù)乜諝饷芏?，取?span style="font-style:italic;white-space:pre-wrap;">ρa=1.3kg/m3；為彈丸垂直于飛行方向上的迎風(fēng)面積；

（1-3）

其中，φ為形狀系數(shù)，柱形彈丸形狀系數(shù)為3.347e-3，m為Bullet質(zhì)量0.389kg（彈頭質(zhì)量）。

根據(jù)式3-1、式3-2以及式3-3計(jì)算得到，Bullet飛行120m后的存速為640m/s。

2.Bullet飛行120m處溫度確定

根據(jù)之前的研究結(jié)果表明，Bullet出膛時(shí)的溫度為81攝氏度左右；Bullet初速為960m/s，Bullet在120m處的余速為640m/s，其平均速度為800m/s。在模擬Bullet飛行到120m處的溫度時(shí)，設(shè)定氣流流向Bullet的速度為平均速度800m/s。采用FLUENT數(shù)值仿真軟件進(jìn)行模擬。

2.1Bullet模型建立

根據(jù)Bullet參數(shù)：該Bullet為30×165 mm高爆燃燒彈，彈重837g，彈頭重389g，裝藥49g，初速960m/s，引信延時(shí)0.15ms，并能在7.5-14.5s后自毀。其實(shí)體模型如圖2.1所示。

圖2.1 Bullet實(shí)體模型

考慮到Bullet發(fā)射出去后只有彈頭在空氣中飛行，根據(jù)已知數(shù)據(jù)以及實(shí)體模型圖片使用圖片測(cè)算法，運(yùn)用SolidWorks軟件建立彈殼三維實(shí)體模型以及內(nèi)部裝藥模型，如圖2.2所示。

     

圖2.2 彈殼及裝藥模型

將彈頭殼體與裝藥裝配到位后需要在其外部建立外流場(chǎng)區(qū)域，即外部空氣域，使用workbench里面的建模軟件在彈頭外部生成外流場(chǎng)。如圖2.3所示。

圖2.3 彈頭外流場(chǎng)區(qū)域建立

2.2模型前處理

將建好外流場(chǎng)區(qū)域的彈頭及流體區(qū)域模型導(dǎo)入mesh進(jìn)行前處理。彈頭殼體以及裝藥網(wǎng)格劃分如圖2.4所示。

圖2.4 網(wǎng)格劃分

將彈頭飛行方向所指空氣域?qū)?yīng)的面設(shè)置為空氣流入邊界，其他面設(shè)置為流出邊界。如圖2.5所示。

圖2.5 空氣域邊界設(shè)定

在模擬彈頭與外部空氣的熱交換時(shí)，需要建立彈頭殼體外部與空氣交界面的耦合換熱面，此外還需要考慮彈頭殼體與內(nèi)部裝藥的耦合換熱面。耦合換熱面的建立如圖2.6所示。

圖2.6 耦合傳熱面建立

2.3仿真模型設(shè)置

將處理好的前處理模型導(dǎo)入FLUENT進(jìn)行數(shù)值仿真相關(guān)參數(shù)設(shè)置，采用基于壓力求解（Pressure-Based）算法，該方法既適用于可壓縮流體，也適用于不可壓縮流體的計(jì)算。采用瞬態(tài)/非穩(wěn)態(tài)（Transient）計(jì)算方法，設(shè)定大氣溫度為20攝氏度，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下進(jìn)行模擬。

選擇計(jì)算模型時(shí)，需要打開(kāi)能量方程，進(jìn)行耦合傳熱計(jì)算。流動(dòng)模型選擇“Viscous”（黏性）“k-epsilon(2qn)”中的“Realizable”模型，勾選“Scalable Wall Function”?？諝馐褂?amp;ldquo;ideal-gas”理想氣體狀態(tài)方程，設(shè)置彈體材料為銅，內(nèi)部裝藥材料為B炸藥。對(duì)于B炸藥主要設(shè)置其傳熱系數(shù)以及比熱容，B炸藥主要參數(shù)設(shè)置如圖2.7所示。

圖2.7 B炸藥主要參數(shù)設(shè)置

如圖2.7所示，主要設(shè)置了密度1717kg/m³，定壓比熱為1760J/kg-k，熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.5w/m-k。物理模型相關(guān)設(shè)置如圖2.8所示。

圖2.8 湍流模型設(shè)置

彈頭與空氣域之間耦合傳熱面interface的建立以及彈頭殼體與內(nèi)部裝藥耦合傳熱面interface的建立如圖2.9所示。

圖2.9 耦合傳熱面interface建立

上述設(shè)置完成后，選用SIMPLE Method進(jìn)行計(jì)算，在進(jìn)行初始化時(shí)，設(shè)定空氣域初始溫度為20攝氏度，彈頭殼體以及裝藥溫度為81攝氏度。在進(jìn)行時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置時(shí)，由于設(shè)定氣流速度為Bullet平均速度800m/s，Bullet飛行120m需要的時(shí)間為150ms，設(shè)定計(jì)算總時(shí)間為150ms，計(jì)算完成后即可得到120m處彈頭及外部空氣溫度分布。

2.4數(shù)值仿真結(jié)果

初始時(shí)刻，模型中心截面的溫度分布如圖2.9所示。如圖中所示，彈頭初始溫度為81攝氏度，外部空氣域?yàn)?0攝氏度。

圖2.9 初始時(shí)刻溫度分布

計(jì)算完成后，彈體周?chē)鷾囟葓?chǎng)分布如圖2.10所示。

圖2.10 溫度分布計(jì)算結(jié)果

由圖2.10所示，彈頭整體溫度基本沒(méi)變，彈頭周?chē)諝鉁囟扔兴岣?，約為50攝氏度。彈頭殼體表面平均溫度為79.1攝氏度，彈頭殼體平均溫度為79.5攝氏度，裝藥溫度為81攝氏度。彈頭殼體表面溫度以及彈頭殼體平均溫度計(jì)算結(jié)果如圖2.11所示。

圖2.11 溫度計(jì)算結(jié)果

彈頭周?chē)鷼饬魉俣葓?chǎng)分布如圖2.12所示。

圖2.12 彈頭周?chē)鷼饬魉俣葓?chǎng)分布

由上述仿真結(jié)果可知，120m處，彈頭表面溫度約為79.1攝氏度，彈頭殼體整體平均溫度約為79.5攝氏度，裝藥溫度依舊為81攝氏度。在后續(xù)侵徹油箱計(jì)算過(guò)程中，可分別賦予彈頭殼體與裝藥相應(yīng)的不同初始溫度。