高阶近似黎曼解模型在火炮内弹道两相流中的应用研究

弹炮刚柔耦合模型中的接触碰撞动力学
陈世业;王良明;史伟
【期刊名称】《海军工程大学学报》
【年(卷),期】2013(025)004
【摘要】为了研究火炮发射过程中弹炮间的接触碰撞对弹丸膛内运动规律的影响,以含虚拟体的弹炮刚柔耦合动力学模型为基础,提出了一种经由虚拟体组成的模拟身管来传递弹丸和柔性身管间相互作用力的方法,通过建立将接触面视为规则几何形状的系统模型,得到了在相同射击条件下试验测试数据和仿真计算结果的对比曲线,以及不同初始条件下弹丸角速度的变化曲线.结果表明:该模型能较真实地反映身管的弹性振动和弹丸的膛内运动规律,且弹丸质量偏心和弹炮间隙的增大将加剧弹丸在膛内的摆动.
【总页数】6页(P97-102)
【作者】陈世业;王良明;史伟
【作者单位】南京理工大学能源与动力工程学院,南京210094;南京理工大学能源与动力工程学院,南京210094;中国兵器工业集团051基地,陕西华阴714200【正文语种】中文
【中图分类】TJ301
【相关文献】
1.基于虚拟体的弹炮刚柔耦合动力学优化设计研究 [J], 陈世业;潘玉竹;王兰志;魏巍;原慧敏
2.虚拟体在弹炮耦合系统动力学模型中的应用 [J], 陈世业;王良明;史伟
3.基于弹炮刚柔耦合接触／碰撞的炮口振动研究 [J], 张春梅;刘树华;曹广群;高杰;田中梁
4.刚柔耦合模型在机枪发射动力学仿真中的应用 [J], 胡志刚;何卡曼
5.刚柔耦合动力学——轻量化协作机器人设计与控制的力学基础——解读《机器人刚柔耦合动力学》 [J], 尹海斌
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第41卷第6期2021年12月振动、测试与诊断Vol.41No.6Dec.2021 Journal of Vibration，Measurement&Diagnosis火炮振动与控制的发展现状及应用前景∗杨国来，葛建立，孙全兆，王丽群（南京理工大学机械工程学院南京，210094）摘要火炮是一个多场耦合复杂系统，其发射过程具有高瞬态和强冲击特征，火炮振动是影响射击精度的重要因素之一，是火炮领域的重要研究内容。

近年来提出了火炮多体系统动力学、非线性动态有限元、多目标多学科优化及不确定性等火炮现代设计理论与方法，对炮身、架体、底盘等重要部件及各部件间连接关系组成的火炮系统进行建模、仿真及优化，从而达到减小炮口振动、提高射击稳定性和射击安全性的目的。

笔者从火炮振动与系统优化、弹炮耦合、火炮不确定性分析与优化等方面对近年来取得的成果进行了总结和分类讨论，并提出了火炮振动领域存在的问题及火炮振动与控制的应用前景。

关键词火炮振动；射击精度；多体系统动力学；有限元法；弹炮耦合；不确定性中图分类号TJ3引言火炮在第二次世界大战中被誉为“战争之神”，是当今世界各国军队常规武器装备的主体。

火炮发射过程中，在高温、高压、高瞬态火药燃气压力作用下不可避免地产生振动，特别是炮口振动会对火炮射击精度造成不利影响。

火炮射击精度涉及到火炮、弹药及气象条件等，是一个复杂的系统问题。

为了研究方便，常常将火炮划分成不同的子系统，但是不同子系统之间是相互影响和高度耦合的。

因此，采用完整的系统方法来解决精度问题是一个更好的选择。

近年来，连续体力学、动力学设计、数值和计算机技术以及测试技术等各个学科分支在解决复杂工程问题中取得了很大进展，这为通过新技术更好地理解和改进火炮射击精度提供了可能性［1］。

火炮射击精度包括射击准确度和射击密集度，射击准确度与系统误差有关，可以修正；射击密集度是惯性弹丸的随机散布，与多种不确定性有关，无法消除，但是可以通过合理设计，控制在一定范围内。

高压弹射装置内弹道二维模型及发射腔内流场特性分析蒋淑园;王浩;阮文俊【摘要】高压弹射装置中火药先燃烧积聚成高压气体,后瞬间打开,弹射弹丸攻击目标.为了掌握这一过程中发射腔内流场的复杂变化,建立了高压弹射装置内弹道二维气相模型,采用Runger-Kutta算法和MacCormark差分格式耦合方法进行数值模拟,并将计算所得的压力曲线与试验结果进行对比,验证了数值计算的可靠性.进一步根据计算得到发射腔内气体压力、速度等参量的分布情况,分析发射腔内的流场特性.结果表明,弹射关键阶段在弹丸启动的较短时间内,高压气体大小和分布是影响弹丸弹射效果的直接因素.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2015(036)006【总页数】6页(P1009-1014)【关键词】兵器科学与技术;高压弹射;内弹道;二维气动;数值模拟【作者】蒋淑园;王浩;阮文俊【作者单位】南京理工大学能源与动力工程学院,江苏南京210094;南京理工大学能源与动力工程学院,江苏南京210094;南京理工大学能源与动力工程学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TJ55;O315高压弹射装置［1］在武器发射领域［2-3］具有广泛的应用。

其组成如图1所示［4］，由点火头、药室、燃气室、弹丸、发射腔等元件组成。

当接到发射指令后，点火击发机构点燃火药，火药迅速点火燃烧，积聚产生高压气体，在一定压力时，解锁弹丸，弹丸被赋予一定的弹射速度，由弹射装置内抛出。

火药在药室内点燃至弹丸启动这段时间内，火药气体积聚成高压，积聚的高压气体在弹丸被解锁后瞬时释放，这一内弹道过程中，高压弹射装置长径比小，药室容积变化快等结构上的特点，意味着流场的复杂变化，而流场分布情况将直接影响弹丸弹射姿态的稳定与弹射速度的大小等。

为了掌握这一阶段发射腔内的流场情况，本文将对所研究的高压弹射装置建立内弹道二维模型［5］，编制程序进行数值模拟，将计算结果与试验结果进行对比，同时通过对发射腔内压力、气体速度等特征参量沿轴向和径向分布情况的分析，掌握发射腔内气体流动变化规律，得到高压弹射装置的流场特性，为下一步研究工作奠定基础。

第36卷第1期计算机仿真2019年1月文章编号：1006-9348(2019)01-0014-05火炮内弹道出口速度优化控制仿真研究张亮亮，李海元(南京理工大学瞬态物理国家重点实验室，江苏南京210094)摘要:火炮内弹道的分析和研究一直以来是火炮技术的关键领域，而火炮内弹道岀口速度则是其重要分析参数之一。

通过对电热化学炮岀口速度进行优化控制的研究，可以为实际试验与火炮安全性设计提供更良好的安全性设计方案。

在建立仿真模型中，对等离子体射流的处理则是其关键与难点。

通过ANSYS FLUENT计算平台，采用湍流模型,将等离子体射流加入到气相源项中，通过改变源项，实现了不同等离子体的射流功率和作用范围下的内弹道二维非稳态仿真，获得了膛底压力和弹丸初速的分布。

计算结果表明:最大膛压和弹丸到达炮口时的初速会随着等离子体射流功率的升高而增大，最大膛压和弹丸到达炮口时的初速都会随着等离子体作用范围的增加而增大,其中最大膛压增长的幅值会随着等离子体作用范围的增加越来越大,而弹丸到达炮口时的初速增长的幅值则会随着等离子体作用范围的增加慢慢减小。

因此，在火炮设计时可以考虑采用较高的等离子体射流功率来实现对弹丸出口速度的增加，同时也可以适当增加等离子体射流的作用范围，但不宜过大。

关键词：等离子体;两相流；内弹道方程;数值仿真中图分类号:TJ012.1文献标识码：BSimulation Research on Outlet Velocity OptimalControl of Gun Interior BallisticZHANG Liang-liang,LI Hai-yuan(National Key Laboratory of Transient Physics,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing210094Jiangsu China) ABSTRACT:Gun interior ballistic outlet velocity is one of the important analysis parameters of gun interior ballisticanalysis and research,which is the crucial area of gun technology.The research on the optimization control of the e-lectrothermal chemical gun outlet velocity can provide better security design scheme for practical experiment and gunsafety design.The disposition of plasma jet is the key and difficult issue in building simulation model.Internal ballis­tic two-dimensional unsteady simulation with different plasma jet flow power and range of action is realized by ANSYSFLUENT on the basis of using turbulence model,adding plasma jet into gas source term and changing source term.The distribution of gun pressure and projectile velocity were obtained.The results show that the maximum gun pres­sure and projectile velocity increase with the increase of the plasma jet power and action range.The growth amplitudeof the maximum gun pressure increases with the increase of the plasma action range,and the growth amplitude of pro­jectile velocity decreases with the increase of the plasma action range.Therefore,it can be considered to use higherplasma jet power to increase the projectile exit velocity and increase the action range of plasma jet appropriately,butcannot be too oversized.KEYWORDS:Plasma；Two-Phase flows；Interior ballistic equation；Numerical calculation1引言电热化学炮是利用电能作为全部或部分能源来发射超高速或高动能弹丸的新概念火炮发射技术，未来现代化作战任务要求大幅度地提高火炮射程、弹丸初速及炮口动能，因此对火炮内弹道初速的研究是内弹道学的一个重要内容。

外弹道的近似解析解弹道学是航空航天工程的一个重要分支，外弹道是其中的重要组成部分。

弹道学研究的是物体在自由控制作用力以外，能量保守和动量守恒作用下所进行的运动。

而外弹道是在空气动力学作用下整个弹道运动的一种特殊情况，其中影响弹道运动的主要因素有：重力、摩擦力、压力和空气密度。

弹道的数学方法有两种：精确解析解和近似解析解。

前者可以准确地解决弹道问题，但一般而言，这需要解的复杂性很高，而且由于非常多的计算量和复杂的计算过程，实际应用中几乎不会采用这种方法。

而近似解析解可以得到比较容易计算的结果，把系统的实际力学模型分解成一些简单的组合，结合外弹道特殊性，可以得到近似正确的结果。

外弹道的近似解析解可以通过一系列变换来实现。

由于重力加速度存在，弹体逃逸速度和轨道速度值实际上都时变的，其中代表最大逃逸速度的变量$V_{e}$的变化规律与时间有关。

对于一般控制加速度小的情况，外弹道的两个变量$V_{e}$和$h$可以看成是常数，这样一来，外弹道的运动就可以被视为经典的椭圆运动，而且它的运动方程也可以得到解析解。

另一种通常采用的方法是利用解析函数求解，解析函数的原理是把被微分方程拆解成某一种可解析函数的和，可解析函数为有限次积分，从而解得外弹道的运动方程。

这种方法比较简洁，但它需要的计算量很大，而且容易出现误差。

另外，也有一些采用近似方法的模型，比如二谐近似方法，它可以把外弹道的运动近似分解为多项式，然后用多项式去拟合外弹道，从而得到外弹道的近似解析解。

外弹道的近似解析解可以用于各种实际应用，比如用于精确发射、航天器运行轨迹规划以及发射任务和载荷运行轨迹规划等。

它可以更精确地分析和估计弹道系统的特性，从而提高外弹道设计效率，提高发射精度，保证航天器的安全运行。

总之，外弹道的近似解析解具有很多实际应用价值，它为计算复杂的外弹道提供了一种简单易行的方法，是航空航天工程实践中一种重要的工具。

高阶camassa-holm方程解的研究Camassa-Holm方程是一类非线性偏微分方程，描述了水波的运动行为，常常被用来模拟海洋和河流中的潮汐和水浪的运动。

高阶Camassa-Holm方程是其扩展形式，包含更高次导数项，可以更好地描述复杂的波动现象。

因此，高阶Camassa-Holm方程的研究具有重要的理论和应用意义。

近年来，许多数学家和物理学家对高阶Camassa-Holm方程展开了深入的研究，尤其是在解析解、数值解、稳定性和非线性波动等方面，取得了许多重要成果。

以下是一些典型的研究进展：1. 解析解：通过适当的变量变换和符号运算，一些近似和精确的解析解已被发现，包括孤波解、多孤波解、无穷孤波解、数列解等等。

这些解析解的发现为高阶Camassa-Holm方程的物理解释提供了更深入的理解，也为实际应用提供了参考。

2. 数值解：许多数值方法已被应用于高阶Camassa-Holm方程的求解，包括有限差分、有限元、谱方法等，这些方法能够在一定的误差范围内得到非常精确的数值解。

通过数值演示，高阶Camassa-Holm方程的一些非线性现象，如孤子碰撞、反射、散射等，可以得到直观的模拟结果。

3. 稳定性：高阶Camassa-Holm方程的非线性性和高次项对其稳定性产生了很大影响。

通过线性化和能量估计等方法，一些定理已被证明，振荡解和孤波解在一定条件下是稳定的，但是高阶Camassa-Holm方程的全局稳定性仍然是一个未解决的问题。

4. 非线性波动：高阶Camassa-Holm方程可以描述一些非线性波动现象，如旋转、交叉等，这些现象引起了广泛的研究兴趣。

近年来，非线性动力学、泛函分析等新的研究方法已被应用于该方程的非线性波动研究。

综上所述，高阶Camassa-Holm方程的研究不仅有理论方面的重要性，也与实际应用密切相关。

随着数学和物理学的不断发展，相信高阶Camassa-Holm方程的研究会取得更多的进展。