【技术实现步骤摘要】
弹道三维瞬态流场建模及多物理场数值计算方法及装置
[0001]本文件涉及火炮内弹道
，尤其涉及一种火炮内弹道三维瞬态流场建模及多物理场数值计算方法及装置。
技术介绍
[0002]开展火炮内弹道参数研究可为火炮结构设计及发射药装药改进设计提供重要理论支撑，进而对提升火炮性能、延长火炮寿命具有重要的现实意义。由于火炮发射是一个涉及高温、高压、高速、瞬态特征的复杂物理过程，国内外研究人员经过几十年的探索，形成并完善了火炮内弹道参数求解方法，包括经典内弹道学理论和现代内弹道学理论。其中，经典内弹道学理论一般通过经典内弹道学方程组描述火炮发射过程，其内弹道模型一般为零维，或者可由拉格朗日假设拓展到一维，因此仅能反应膛内沿轴向的内弹道参数随时间的变化，无法准确描述身管壁面附近的流动和传热特性；现代内弹道学以流体力学理论为基础，可以将内弹道流场拓展到二维甚至三维，进而可以描述膛内任意位置处的流场随时间的变化。当前，国内外相关领域的研究人员采用欧拉法、欧拉
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拉格朗日法以及时
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空守恒元解元法，构建...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种火炮内弹道三维瞬态流场建模及多物理场数值计算方法，其特征在于，包括：根据坡膛结构及弹丸头部的气体阻力构建火炮的三维轴对称物理模型；基于发射药燃烧过程及燃气在膛内流动过程分步求解方法，根据所述三维轴对称物理模型构建内弹道三维流场数学模型；采用控制方程离散及压力
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速度耦合求解的方式对所述内弹道三维流场数学模型的多物理场数值进行计算。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：根据多物理场数值确定火炮内弹道过程中膛内参数随内弹道时间的变化规律。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据坡膛结构及弹丸头部的气体阻力构建火炮的三维轴对称物理模型具体包括：设置火炮身管内直径为D
in
，外直径为D
out
，身管全长为L
p
，代表坡膛后侧至炮口位置的距离；弹丸在火药燃气的推力及弹丸头部空气阻力的作用下向前移动，直至出炮口，身管内气体与身管内壁面间进行强制对流换热，传热系数为h
w
‑
in
；热量在管壁内以热传导的方式进行传递，身管材料的定压比热C
pp
和热导率λ
p
为温度的函数；身管外壁面与外部空气进行自然对流换热及辐射换热，自然对流换热系数为h
w
‑
out
，构建火炮的三维轴对称物理模型。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于发射药燃烧过程及燃气在膛内流动过程分步求解方法，根据所述三维轴对称物理模型构建内弹道三维流场数学模型具体包括：在一个时间步长内，发射药燃烧释放质量源和能量源，生成火药燃气，从而改变身管内的压力场和温度场，并推动弹丸运动；进入下一个时间步长后，根据身管内压强以及发射药当前的燃烧表面积和相对已燃厚度，继续依据公式1和公式2求解质量源和能量源，并依据公式4至公式8求解并更新身管内的三维流场分布，直至弹丸出炮口：公式4至公式8求解并更新身管内的三维流场分布，直至弹丸出炮口：其中，ρ
p
为发射药的密度；S
p
为燃烧表面积；Z
p
为相对已燃厚度；f
p
为火药力；t为时间；相对已燃厚度为公式3；其中，u
p
为燃速系数；e1为燃烧层厚度；p为身管内火药燃气的平均压力；η为燃速指数；Z
k
为燃烧结束时发射药的相对已经燃厚度；内弹道流场中，质量守恒方程表示为公式4；其中，ρ为火药燃气的密度；为哈密顿算子；u为火药燃气的速度矢量；动量守恒方程表示为公式5
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公式7
其中，u、v、w分别代表火药燃气的速度在x、y、z三个方向上的分量；p为压强；μ为燃气的粘性系数；F
bx
、F
by
、F
bz
分别为火药燃气在x、y、z三个方向上受到的体积力；能量守恒方程表示为公式8；其中，T为燃气的温度；λ为热导率；C
p
为燃气的定压比热。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用控制方程离散及压力
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速度耦合求解的方式对所述内弹道三维流场数学模型的多物理场数值进行计算具体包括：将公式4
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公式8中的扩散项采用中心差分格式进行离散；对流项采用具有三阶精度的QUICK格式进行离散，并采用一阶迎风格式处理边界处节点的离散；源项采用显式方案离散；采用全隐式离散格式处理瞬态项；对于流场参数求解中的压力
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速度耦合问题，采用SIMPLE压力修正算法进行求解。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将公式4
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公式8中的扩散项采用中心差...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵其进，毛保全，白向华，魏曙光，陈春林，王传友，田洪刚，朱锐，王之千，李华，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：
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