炮口制退器的计算机辅助优化设计
混合材料炮口制退器的拓扑优化设计
混合材料炮口制退器的拓扑优化设计
金寅翔;郭张霞;张江晨;谢景云;原泽坤
【期刊名称】《火炮发射与控制学报》
【年(卷),期】2022(43)5
【摘要】为了达到某口径火炮炮口制退器的轻量化指标,使用拓扑优化分解炮口制退器结构,将合金材料填充加入拓扑优化区域后,整体呈混合材料,以期实现炮口制退器轻量化。
在炮口制退器瞬态有限元模型的基础上,定质量为优化目标,考虑各金属合金材料的物理性质和气体动力学冲击载荷的影响,通过数值模拟的方法,对各金属合金材料进行对比择优,获得了最佳的混合材料炮口制退器优化方案。
结果表明:使用拓扑优化寻找的轻型炮口制退器材料结构配置的方法在反映燃气冲击响应上具有一定的可信度,新设计结构可以保持制退效率不变,并达到质量减轻、刚强度保持的目的。
【总页数】7页(P42-48)
【作者】金寅翔;郭张霞;张江晨;谢景云;原泽坤
【作者单位】中北大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TJ303.2
【相关文献】
1.基于响应面法的炮口制退器优化研究
2.炮口制退器的计算机辅助优化设计
3.黄金分割比在炮口制退器结构拓扑优化中的应用
4.炮口制退器优化设计方法研究课题通过鉴定
5.某炮口制退器的多目标优化设计
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
在炮架上测试炮口制退器效率的方法
在炮架上测试炮口制退器效率的方法第3期火炮发射与控制JOURNALOFGUNLAUNCH&CONTROl?47?在炮架上测试炮口制退器效率的方法石春明,闰留海,刘万余(西北机电工程研究所,陕西成阳712099)摘要:在不具备自由后坐台架试验条件时,在炮架上测试出炮口制退器效率.通过对火炮制退后坐射击过程,火炮自由后坐试验过程,炮口制退器效率计算公式和测试方法的分析,针对在装和不装炮口制退器两种情况,在炮架上直接进行全装药的制退后坐射击试验.分别测量后坐阻力一时间,后坐阻力一位移数据.后坐阻力对时间进行积分求得火药气体对火炮后坐部分的冲量,进而求得自由后坐动能,据此求得在全装药条件下的炮口制退器效率.关键词:机械设计;火炮试验;炮口制退器效率;制退后坐;射击试验中图分类号:TJ303.2文献标志码:A文章编号:1673—6524(2007)03-0047—03 TestMethodofMuzzleBrakeEfficiencyonGunCarriageSHIChun-ming,Y ANLiu—hai,LIUWan—yu (NorthwestInstituteofMechanical&ElectricalEngineering,Xianyang712099,Shaan xi,China)Abstract:Undertheconditionofgunwithoutfreerecoiltest—bed,andbymeansoftestmethodofmuzzle brakeefficiencyandcalculationformula,andundertwoconditionsofwithandwithoutmuzzl ebrakedur—ingthecourseofgunfire,recoilfiretestwascarriedoutforfullchargeongunmount,dataofrecoilre—sistance-time,recoilresistance-displacementweremeasuredrespectively,baseduponthem ,muzzlebrakeefficiencyforfullchargewasacquired.Keywords:mechanicaldesign;guntest;muzzlebrakeefficiency;recoil;firingtest通常炮口制退器效率的测试是利用自由后坐试验台,通过测量自由后坐速度来实现.在条件不具备时,可在炮架上直接测试炮口制退器效率.笔者介绍了在炮架上直接测试炮口制退器效率的方法.1试验方法的依据1.1火炮发射过程中遵循动■守恒原则火炮最大自由后坐速度为:W一—q+—flco.(1)m0Ⅳ一q+ffrco.m0(2)将上两式可改写为:m0W～q0～卢0—0mⅣKT—q0一蜘0—0(3)(4)式(3),(4)正好为一动量守恒的形式[1],即认为火炮发射过程是火炮后坐部分,弹丸和火药气体经炮膛合力的相互作用产生动量,在这一过程中遵循动量守恒的原则.1.2炮口制退器效率计算公式变换炮口制退器的能量特征量称为炮口制退器效率,表示炮口制退器在自由后坐情况下,使自由后坐动能减少的量与原来动能的比值,或者说是炮口制退器所吸收后坐能量的百分比[2].考虑到炮口制退器质量对火炮自由后坐部分质量的影响,在不同后坐部分质量下测得的最大自由后坐速度应收稿日期:2006—08—15;修回日期:2007—04—16作者简介:石春明(1974一),男,工程师,主要从事火炮结构研究.E—mail:chunming —*************48?火炮发射与控制2007年9月按动量守恒的关系换算到同一后坐部分质量下.据此得出如下计算公式:珊一(5)式中:优.为不装炮口制退器时火炮自由后坐部分质量;.为装炮口制退器时火炮自由后坐部分质量;W为后效期末不装炮口制退器时火炮自由后坐速度;W为依动量守恒转换得到的考虑炮El7H-0制退器质量而不装炮口制退器时的火炮自由后坐速度;W为后效期末,装炮口制退器时火炮自由后坐速度.从式(5)中可以看出,炮El制退器能量效率珊的计算公式为一种单纯的动量表达式,炮口制退器效率珊只与有,无炮El制退器时火炮自由后坐的动量有关.2试验方法在装和不装炮口制退器的两种情况下在炮架上直接进行全装药的制退后坐射击试验,分别测量其后坐阻力一时间,后坐阻力一位移数据,求得在全装药条件下的炮El制退器效率珊.2.1阻力功法阻力功法是将后坐阻力对后坐位移积分,先求得相应的阻力功,进而求得火炮炮口制退器效率珊.公式推导如下r2]:1rLE一÷优ow一IPdL≈Pd—J'=Rd—AE一-mo…yv2K一oPpdLd—一A一一,~优rY/.towWKT)一一intoEI≈(6)式中:E为不装炮口制退器时火炮自由后坐动能; E为装炮口制退器时火炮自由后坐动能;P为不装炮口制退器时火药气体对火炮后坐部分的作用力; P为装炮口制退器时火药气体对火炮后坐部分的作用力;L为不装炮口制退器时后效期结束时火炮自由后坐位移;L:为装炮口制退器时后效期结束时火炮自由后坐位移;为不装炮口制退器时后效期结束时火炮制退后坐位移;:为装炮口制退器时后效期结束时火炮制退后坐位移;R为不装炮口制退器时火炮后坐阻力;R为装炮口制退器时火炮后坐阻力;为不装炮口制退器时火炮后坐位移;为装炮口制退器时火炮后坐位移;A为不装炮口制退器时火炮后坐的阻力功;A为装炮口制退器时火炮后坐的阻力功.2.2阻力冲量法阻力冲量法是将后坐阻力对后坐时间积分,求得相应的阻力冲量进而求得火炮炮口制退器效率珊.公式推导如下:I—IRdt—Pdt一优oW(9)I一IRdt=IP,ptdt一优oWKT(10)一一,~优rY/.towWKT)一一(手)c式中:I为不装炮口制退器时火炮制退后坐阻力的冲量;I为装炮口制退器时火炮制退后坐阻力的冲量;R为不装炮口制退器时火炮后坐阻力;R为装炮口制退器时火炮后坐阻力;t为不装炮口制退器时火炮制退后坐时间;t为装炮口制退器时火炮制退后坐时间;t为不装炮口制退器时火药气体作用时间;t:为装炮口制退器时火药气体作用时间.2.3对比分析火药气体对火炮后坐部分的作用时间与火炮有无后坐阻力无关,火药气体对火炮后坐部分的冲量在火炮有无后坐阻力时都保持不变.在火药气体对火炮后坐部分的作用时间内,火炮后坐部分自由后坐位移L,L与制退后坐位移,不相等,火药气体对火炮后坐部分所作的功不相等.阻力功法认为火炮后坐部分自由后坐位移,L:与制退后坐位移,近似相等,因此阻力功法存在近似误差.因此在炮架上进行炮口制退器效率测试时,应采用阻力冲量法计算炮El制退器效率珊,以提高测算精度.3试验分别对两种火炮的两种不同效率的炮El制退器在选用的炮架上,在装和不装炮口制退器的两种情况下进行全装药的分组射击试验,分别用阻力功一一一一.,L7,,一RuA—A,优第3期石春明,等:在炮架上测试炮口制退器效率的方法?49? 和阻力冲量测算,其炮口制退器效率珊的测算结果如表1所示.表l炮口制退器效率测算结果Tab.1Measureresultofmuzzlebrakeefficiencyt,T4结束语通过试验选出的炮口制退器已成功应用于某火炮.由于试验条件的限制,没有对炮口制退器效率进行自由后坐试验测试.致谢:项目组成员和全体参试人员的辛勤劳动.参考文献:[1]华恭,伊玲益.火炮反后坐装置设计[M].北京:国防工业出版社,1978:19—65.[2]王靖君,赫信鹏.火炮概论[M].北京:兵器工业出版社, 1992:80—83.(上接第39页)探讨炮口制退器高效率低危害功能还有很多种技术途径可供选择,这里所列出的几种方法各有特色,可以独立,也可以有机结合,采用大的径向分流滞止和纵向截流滞止的技术途径,经在枪口装置上的试验证明是理想的[5],但在火炮上,尤其是在中大口径火炮上发展炮口制退器高效率低危害技术,尚需实践的遴选才能得出合理可行的方案.3结束语通过正确的理论分析,采取合理的技术途径,炮口制退器具有高效率低危害的性能是完全可以实现的.面向未来战场,新型火炮武器系统急需先进炮口制退器技术,减重技术,弹药装填与补给技术等众多关键技术的突破和发展,来适应未来武器的信息化,轻量化等要求.可见,炮口制退器高效率低危害技术有着广阔的应用前景.参考文献:[1]王道宏.现代火炮工程实践[M].北京:国防工业出版社,1997:256.[2]谈乐斌.火炮人机工程学[M].北京:兵器工业出版社, 1999:107.[3]王秉义.枪炮噪声与爆炸声的特征和防治[M].北京:国防工业出版社,2001:35,38.[4]高树滋,陈运生,张月林,等.火炮反后坐装置设计[M]. 北京:兵器工业出版社,1995:290.[5]谭兴良,孔德仁.膛口抑制技术[M].北京:兵器工业出版社,1995:188—206.。
某火炮炮口流场计算机仿真毕业设计说明书-2
2 炮口制退器与炮口流场概述2.1 炮口制退器上一章中提到炮口装置将改变炮口气流的方向与能量的分配，下面将更为详细的讨论炮口制退器的原理与其结构特点。
炮口制退器的工作原理就是使火药燃气通过侧壁的孔道向两侧喷射而出，从而减少从前方喷出的气体量，可以以减小后座部分的冲量，从而减小后座动能。
同时冲击侧挡板，从侧挡板喷射而出的火药气体将对身管有一个向前的力，这将使身管产生一个向前的运动趋势，与弹丸出膛后的后座运动相互抵消一部分，减小了后座部分的能量。
图2.1 炮口制退器原理图常见的火炮炮口制退器结构形式可以分为以下三类：（1）冲击式或开腔式炮口制退器这种类型炮口制退器结构特点是腔室直径较大（一般不小于2倍口径），两侧具有大面积侧孔，前方带有一定角度的反侧挡板。
例如，某85J炮口制退器（图2.2）。
在相同重量的条件下，冲击式炮口制退器的效率一般高于其他结构形式的效率。
图2.2冲击式炮口制退器图（2）反作用式炮口制退器这种炮口制退器腔室直径较小（一般不超过1.3倍口径），没有或只有很小的前反射挡板，侧孔多排分布。
火药燃气进入这种结构的的炮口制退器后有一部分气体从侧孔流出，起速度方向可由侧孔角度控制。
这种制退器多用于带尾翼的滑膛炮，以保证弹丸的尾翼在离开炮口制退器前不张开。
图2.3反作用式炮口制退器（3）冲击反作用式炮口制退器这种炮口制退器具有较大直径的内腔（大于1.3倍口径）和分散的条形或圆形侧孔。
这种制退器结合了冲击式和反作用式两类炮口制退器的优点，地面火炮中，安装的炮口制退器多数为冲击反作用式。
图2.4冲击反作用式炮口制退器2.2 膛口流场膛口流场是由从膛内高速流出的前膨胀波非定长射流与在膛口外的空气相互作用而形成的。
这种过程除了发生涡流及激波等现象外，燃气与空气中氧还要再次作用而发生爆燃，这就是二次焰[9]。
膛口流场可分为初始流场和主流场。
下图（图2.5）为炮口流场示意图。
图2.5 炮口流场示意图2.2.1不带膛口装置的炮口流场(1) 初始流场初始流畅是指弹头未出膛口前，火药气体流场尚未形成的膛口流场。
以CFD为基础的炮口制退器效率计算方法研究
以CFD为基础的炮口制退器效率计算方法研究张 辉1 谭俊杰1 崔东明1 张 军2(1.南京理工大学动力工程学院，南京,210094；2.南京航空航天大学航空宇航学院，南京，210016)摘要：本文用数值计算的方法模拟火炮身管自由后坐过程，给出了一种新的炮口制退器效率计算方法。
该方法以带炮口制退器三维非定常流场的数值模拟为基础，通过计算火药气体流经制退器时火炮身管的受力，计算出身管在火药气体作用下的最大自由后坐速度，进而根据制退器效率的定义得到炮口制退器的效率。
计算得到的制退器效率与实验测得的结果较为吻合。
本文的方法可以详细研究不同时刻制退器结构对火药气体分流过程的影响和制退器的受力变化情况，为制退器的设计提供有价值的参考。
关键词：炮口制退器；非定常流场；身管受力；后坐速度；效率中图分类号：O35 文献标识码：AStudy of Algorithm for the Computation of Muzzle Brake Efficiency Based on CFD ZHANG Hui, TAN Jun-jie, CUI Dong-ming, ZHANG Jun(1. School of Power Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing, 210094,China;2. College of Aerospace Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing,210016, China)Abstract: Simulated the backlash process of cannon barrel, advanced a new algorithm for the computation of muzzle brake efficiency. Based on the simulation of 3D unsteady muzzle brake flow field, computed the force given to the barrel while the powder flow through the muzzle brake, calculated the max backlash velocity, and lastly got the efficiency of muzzle brake. The efficiency accords with the experiment results very well. The method advanced in this paper can be used to study the influences of different muzzle brake structures to the flow of powder gas, and useful for the design of muzzle brake.Key words: muzzle brake; unsteady flow field; force of canon barrel; backlash velocity; efficiency炮口制退器是炮身的一个组成部分。
基于CATIA的炮口制退器参数化设计
4 基于CATIA的炮口制退器参数化设计4.1 CATIA二次开发技术4.1.1 对CATIA进行二次开发的必要性和技术基础CATIA软件是CATIA是法国达索飞机公司开发的高档CAD/CAM软件。
是一款全方位的3D产品开发软件，集装配设计，特征设计，钣金设计，高级曲面设计，逆向工程，自由外形设计，创成式外形建模，整体外形修形，空间分析等功能于一体的软件。
其首创的参数式设计给传统的模具设计带来了许多新观念，强调实体模型架构优于传统的面模型架构和线模型架构。
CATIA还具有良好的数据接口，它还可以将图纸输出为多种格式，可以方便地和AutoCAD、Solid Work等进行数据交换。
CATIA作为高端CAD/CAE软件的代表，功能强大、使用简单、易学易用，目前已经成为包括机械设计、家电设计、模具设计等行业所普遍采用的三维软件。
同以往国内使用最多的AutoCAD等通用绘图软件比较，该软件直接采用了统一数据库和关联性处理、三维建模同二维的工程图相关联等技术。
应用CATIA建模技术可以极大地提高企业的设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期以及加强设计的标准化。
CATIA作为达索公司的CAD/CAM/CAE软件，采用基于参数化、特征设计的三维实体造型系统，其强大的功能一直受到业界用户的好评，改善了设计人员的设计环境并提高了设计速度。
CATIA软件在企业和科研院校等单位的应用越来越广泛和深入，如要使该软件满足使用单位的特殊需求，则需在该软件已有功能的基础上进行二次开发。
并且由于CATIA软件具有广而博的通用性, 使它在具体应用时不能直接处理特定的产品, 再加上国外观念、设计标准、规范、及标准件库等方面和国内的设计、使用等方面存在较大的差异, 在使用该软件进行具体特定的产品设计时可能会感到困难和不方便。
因此, 为了使CATIA软件能够在特定的企业和特定产品设计中最大限度的发挥潜力和创造效益, 需要对CATIA软件进行二次开发。
基于二维流场的炮口制退器效率计算
基于二维流场的炮口制退器效率计算王振嵘;高跃飞;刘国志;郭张霞;陶哲【摘要】针对三维流场计算炮口制退器效率时求解时间长、对计算机配置要求高等问题, 提出一种基于二维流场计算炮口制退器效率的修正方法.从气体动力学角度入手, 分析了二维和三维模型中侧孔受力特性, 通过得到的修正系数对二维计算结果进行修正.对比三维仿真结果表明, 修正后二维计算结果与三维计算结果接近.该方法对缩短炮口制退器设计周期具有重要意义.%Aiming at the problem of long-term solution time and high computer configuration requirements when calculating the efficiency of muzzle brake in 3D flow field, a new correction method based on two-dimensional flow field to calculate the efficiency of muzzle brake is proposed.Starting from the perspective of gas dynamics, the force characteristics of the side holes in the 2D and 3D models are analyzed, and the two-dimensional calculation results are corrected by the obtained correction coefficient.The comparison of 3D simulation results shows that the corrected two-dimensional calculation results are close to the three-dimensional.Therefore, this method is of great significance for shortening the design cycle of the muzzle brake.【期刊名称】《中北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(040)003【总页数】6页(P211-215,221)【关键词】CFD;炮口制退器;效率;二维修正【作者】王振嵘;高跃飞;刘国志;郭张霞;陶哲【作者单位】中北大学机电工程学院, 山西太原 030051;中北大学机电工程学院, 山西太原 030051;山西北方机械制造有限责任公司, 山西太原 030009;中北大学机电工程学院, 山西太原 030051;中北大学机电工程学院, 山西太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TJ3020 引言炮口制退器是通过控制后效期火药气体从侧孔流过的流量和速度来达到减小后坐阻力的一种炮口装置[1].在炮口制退器设计过程中，制退效率是最重要的设计指标，准确计算炮口制退器效率对于缩短设计周期和节约经济成本具有重要意义.由于火药气体在炮口处的流动状态为高温高压高流速，流动情况复杂，而现有理论计算方法均为半经验半理论方法，其引入较多假设和经验系数，所以导致炮口制退器效率的计算误差较大.随着CFD(Computational Fluid Dynamics)技术的发展，通过求解炮口流场控制方程，得到身管后效期所受全冲量，进而根据动量守恒定理计算出炮口制退器效率的方法被广泛采用.但是由于炮口制退器不具有轴对称特点，将计算模型直接简化为二维模型计算会导致较大误差[2]，而三维模型计算虽然准确度较高[3]，却面临着网格数量巨大、对计算机配置要求高、计算时间长等问题，所以准确计算炮口制退器效率与计算时间短、对计算机资源要求低之间的矛盾成为了利用CFD技术计算炮口制退器效率的难点.本文从气体动力学角度出发，通过计算反作用式炮口制退器侧孔气流总反力来对二维炮口流场计算结果进行修正，以期利用网格数量小、计算时间短的二维计算模型来达到三维计算的准确度.为炮口制退器效率计算提供一种计算效率高的方法.1 理论计算1.1 基于CFD的效率计算方法利用CFD技术求解炮口制退器效率[4]是通过计算发射过程中火炮后坐部分的全冲量来直接计算炮身最大自由后坐速度，进而求得炮口制退器效率.由于该方法避免了通过经验公式计算火药气体作用系数和炮口压力随时间的变化情况，因此具有较高的准确度.根据炮口制退器效率的定义公式可得(1)式中：E0, E1分别为不带和带炮口制退器时的最大后坐动能；Wmax 0; Wmax1分别为不带和带炮口制退器时后坐部分的最大自由后坐速度；m0为弹丸质量.后效期过程中炮身做自由后坐运动，满足动量定理miWmax i-miWi=Ii,(2)式中：下标i取值为0或1，分别代表不带和带炮口制退器时的情况；Wi为后效期开始时，自由后坐速度；Ii为后效期后坐部分受到的全冲量；Wmax i为后效期结束时最大自由后坐速度.根据动量守恒定理，在后效期开始时刻有方程miWi+ωvg+qv0=0,(3)式中：ω为火药气体质量；q为弹丸质量；vg为火药气体平均速度：其中v0为弹丸初速. 分别对带和不带炮口制退器两种情况进行仿真计算，得到炮身后效期受力曲线，然后分别进行受力曲线对时间的积分运算，即可得到身管后效期所受到的全冲量Ii.Ii=Fidt,(4)式中：τ为后效期持续时间；Fi为不同时刻炮身的受力.联立式(1)～式(4)，即可得到炮口制退器效率ηT.1.2 二维流场修正计算由上述基于CFD的炮口制退器效率计算方法可知，求解制退器效率的关键在于后效期身管所受全冲量的计算.在Fluent中，三维炮口流场计算模型可以较为准确地计算后效期身管受力情况[5]，通过对其进行积分运算，即可得到身管所受全冲量.而使用二维轴对称模型计算炮口流场时，炮口制退器纵向截面绕轴旋转形成环形侧孔结构(见图 1)，与炮口制退器实际模型(见图 2)有较大差别.而侧孔面积增大，导致二维计算结果远大于三维计算结果.图 1二维轴对称模型三维等效示意图 Fig.1 3D equivalent diagram of 2D axisymmetric model为修正二维计算结果，本文从气体动力学角度出发，分别计算炮口制退器环形侧孔和实际侧孔结构下产生的气流总反力，得到每排侧孔的受力修正系数ξ，通过对二维情况下每排侧孔的受力进行修正计算，可以得到与三维模型等效的身管受力曲线，进而求解炮口制退器效率.反作用式炮口制退器制退力主要由侧孔气流总反力产生，根据气体动力学相关理论[6]可知，气体经过管道膨胀加速后淹没流出，产生的气流总反力为(5)式中：ρ为气流密度；v为流体速度；p为单元面积中心压力；pa为大气压；A为控制体面积；Ain为入口面积；Aout为出口面积；Aside为大气压作用面积；V 为控制体；S为控制面.火药气体经过侧孔膨胀加速流出的过程可以看做一维准定常流动，故式(5)忽略加速度项和大气压力，可以得到侧孔气流总反力为Fb=ρv2A+Ap,(6)式中：A为侧孔出口面积；v为侧孔出口截面平均速度；p为侧孔出口压力.根据马蒙托夫所做出的假设[7]：炮口处为临界截面，对于反作用式炮口制退器即第一排侧孔处出现临界流动，故第一排侧孔入口处压力[8]为p1=pk0,(7)式中：pk0为炮口压力.第i排侧孔入口处压力为pi=χi-1pk0,(8)式中：χi-1为轴向压力降系数，由式(9)求得(9)式中：k为绝热指数，对于火药气体产物一般取k=1.33; εi为流量出口面积比(10)式中：A0为炮膛横截面积；μci为气流截面收缩系数；Aci为第i排侧孔入口面积. 侧孔入口处气流速度vci和出口处气流速度vei为(11)式中：λi为侧孔膨胀系数；pi为侧孔入口压力；ρi为侧孔入口密度.由于火药气体经过腔室和侧孔的速度很快，气体温度下降很小，故可以近似认为(12)联立式(7)～式(12)可以得到炮口制退器各侧孔火药气体产生的气流总反力的轴向分力(13)式中：χci为侧孔出口和入口压力降系数；α为侧孔倾角.定义炮口制退器环形侧孔气流总反力和实际侧孔气流总反力的比值ξ为二维修正系数(14)式中：等为实际侧孔对应参数；μ, Aci等为环形侧孔对应参数.从式(14)可知，二维修正系数ξi的取值只由侧孔结构决定，而与时间无关.因此二维情况下侧孔受力Fbi(t)可由式(15)进行修正.(15)式中：Fbi(t)为二维情况下侧孔受力；为修正后侧孔受力.后效期自由后坐部分轴向受力主要包括身管受力和炮口制退器受力，而反作用式炮口制退器受力主要由侧孔气流总反力产生，因此带炮口制退器时，后效期自由后坐部分整体受力为F=FB+FM,(16)式中：FB为身管受力；FM为炮口制退器受力.(17)得到后效期自由后坐部分整体受力F后，代入式(1)～式(4)即可求得炮口制退器效率.2 炮口制退器模型本文以反作用式炮口制退器为例进行效率的计算.反作用式炮口制退器的特点是腔室直径小，没有或只有很小的反射挡板，火药气体通过多排侧孔膨胀加速后高速喷出，一方面通过侧孔产生的气流总反力来提供与炮膛合力相反的制退力，另一方面由于部分火药气体从侧孔流出，使得中央弹孔的火药气体流量减小，降低了后坐动能.本文以某加装反作用式炮口制退器的23 mm小口径火炮为例进行效率计算，其三维模型如图 2 所示，炮口处对称设计5排面积相同的条形侧孔结构，侧孔后倾角为135°，腔室直径为24 mm.图 2炮口制图器三维结构图Fig.2 3D structure diagram of muzzle brake3 仿真与分析3.1 计算模型与边界条件火炮发射过程中，膛内火药气体为气固两相流，并且包含了多组分运输、燃烧等物理化学变化，建立真实的仿真模型较为困难，因此在工程中一般都基于以下假设，对其进行合理简化[9]：1) 将空气和火药气体当作同一介质，采用理想气体的材料特性来计算；2) 不考虑弹丸，忽略弹丸运动对气体的影响.基于以上两点假设，本文采用Euler方程来描述炮口流场[10]；湍流模型选择适合壁面问题求解和捕捉激波的Spalart-Allmaras模型；边界条件采用压力出口条件和滑移壁面条件.在控制方程及边界条件确定后，通过Fluent软件进行求解.3.2 三维计算模型验证目前，通过对三维模型进行仿真分析来计算炮口制退器效率的方法已经被广泛采用.张辉[4]曾针对三维炮口制退器模型，通过动量守恒定理和流体仿真手段计算了炮口制退器效率.本文采用同样的仿真模型计算三维情况下炮口制退器效率，为验证模型的正确性，对某100 J火炮进行仿真计算，计算模型如图 3 所示.图 3炮口制退器网格模型Fig.3 Mesh model of muzzle brake通过对某100 J火炮的仿真计算(计算结果如图 4)，根据式(1)～(4)可得到炮口制退器效率为42.7%，而该火炮实测效率为45%，仿真结果与实测数据较为接近，验证了仿真模型的正确性.图 41 ms时刻炮口压力云图Fig.4 1 ms muzzle pressure contour map3.3 二维修正计算结果针对本文研究对象——某23 mm小口径火炮，采用同样的仿真模型进行计算，膛内区域根据其内弹道特性进行初始化，该23 mm火炮的速度、压力、温度沿身管轴向分布情况如图 5 所示.图 5膛内区域各物理量分布规律Fig.5 Distribution law of physical quantity in bore分别对二维情况和三维情况下身管受力情况进行仿真，并计算炮口制退器效率，计算模型如图 6 所示.以二维计算结果为例分析炮口流场.如图 7 所示，选取4个时刻的炮口流场压力等值线图进行分析.火药气体从炮口喷出的过程为非定常流动，产生的瓶状激波会经历生长、稳定、衰减的过程，从仿真结果可以看出，0.25 ms时流场处于生长阶段，1 ms和2 ms处于稳定阶段，而5 ms瓶状激波逐渐衰减，与实际流动状态相吻合.在二维仿真过程中，监测身管和各侧孔的受力情况，可以得到受力随时间变化曲线Fbi(t), 如图 8 所示，根据式(15)进行修正并计算后效期整体受力曲线F，即可得到二维修正计算结果，通过与三维情况下自由后坐部分整体受力曲线对比(见图 9)，可以看出两种计算结果曲线基本重合，验证了本文提出的计算方法的正确性.分别对三维情况下受力曲线和二维修正后的受力曲线进行积分计算，可以得到后效期身管所受全冲量为44.56 N·m，47.21 N·m，根据式(1)～式(4)计算炮口制退器效率分别为26.89%，24.75%，二维和三维计算结果较为吻合.图 6炮口制退器流场计算模型 Fig.6 Muzzle brake flow field calculation model 图 7不同时刻炮口流场压力等值线图Fig.7 Muzzle pressure contour map at different times图 8二维情况下各侧孔受力Fig.8 Side hole force in 2D图 9二维修正结果与三维计算结果对比Fig.9 Comparison of 2D correction results and 3D calculation results4 结论针对三维流场计算炮口制退器效率时间长、需要计算机资源大等问题，提出了利用气体动力学相关理论修正二维流场来计算炮口制退器效率，以某反作用式炮口制退器为例进行仿真分析，通过对比三维和修正后二维计算结果可知，本文提出的二维修正方法可以等效三维计算模型，并具有足够的准确度，可为炮口制退器设计及优化提供便利.参考文献：【相关文献】[1]高跃飞.火炮反后坐装置设计[M].北京：国防工业出版社，2010.[2]李烁.炮口制退器效率的计算与研究[D].太原：中北大学，2012.[3]江坤，钱林方，徐亚栋，等.炮口制退器斜切喷口结构优化及其应用[J].系统仿真学报，2007，19(9)：2094-2112.Jiang Kun，Qian Linfang，Xu Yadong，et al.Optimization and application of muzzle brake bevel nozzle[J].Journal of System Simulation，2007，19(9)：2094-2112.(in Chinese)[4]张辉.复杂流场数值方法研究及在炮口制退器设计中的应用[D].南京：南京理工大学，2009.[5]张辉，谭俊杰，崔东明，等.基于CFD的炮口制退器效率计算[J].弹道学报，2009，21(2)：74-82.Zhang Hui，Tan Junjie，Cui Dongming，et putation of muzzle brake efficiency based on CFD[J].Journal of Ballistics，2009，21(2)：74-82.(in Chinese)[6]童秉纲.气体动力学[M].北京：高等教育出版社，2012.[7]Mamohtob M A.气流的某些问题[M].王新涛，等译.北京：国防工业出版社，1959.[8]廖振强.自动武器气体动力学[M].北京：国防工业出版社，2015.[9]殷鹏贤，赵俊利，王立君，等.基于CFD技术的火药气体作用系数计算[J].兵工自动化，2016，35(10)：74-76.Yin Pengxian，Zhao Junli，Wang Lijun，et putation of propellant gas active coefficient based on CFD[J].Ordnance Industry Automation，2016，35(10)：74-76.(in Chinee)[10]张焕好，陈志华，姜孝海，等.膛口装置三维流场的数值模拟及制退效率计算[J].兵工学报，2011, 32(5)：513-519.Zhang Huanhao，Chen Zhihua，Jiang Xiaohai，et al.Numerical simulation of the 3D flow fields of a muzzle brake and its efficiency calculation[J].Acta Armamentarii，2011, 32(5)：513-519.(in Chinese)。
基于ＣＦＤ_的炮口制退器侧孔射流研究
第４２卷第４期２０２１年１２月火炮发射与控制学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＧＵＮＬＡＵＮＣＨ＆ＣＯＮＴＲＯＬＶｏｌ ４２Ｎｏ ４Ｄｅｃ ２０２１ＤＯＩ：１０．１９３２３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３ ６５２４．２０２１．０４．００３基于ＣＦＤ的炮口制退器侧孔射流研究赵佳俊１，郭张霞１，赵秀和１，王永存２（１ 中北大学机电工程学院，山西太原 ０３００５１；２ 西北机电工程研究所，陕西咸阳 ７１２０９９）摘 要：炮口制退器侧孔的射流将直接影响到侧孔气流总反力，进而影响到制退器的制退效率。
为了研究炮口制退器侧孔射流对制退器制退效率的贡献大小，利用Ｆｌｕｅｎｔ软件对某反作用式炮口制退器进行三维仿真数值模拟，基于仿真得到的三维炮口流场，分析其膛口波系的形成、稳定和衰减过程；基于ＣＦＤ技术计算炮口制退器效率，通过Ｆｌｕｅｎｔ软件监测制退器各排侧孔射流相关参数，计算其对制退器制退效率的贡献占比。
为炮口制退器的分析和设计提供有价值的参考，也对火炮发射时炮口流场的分析研究具有重要意义。
关键词：炮口制退器；侧孔射流；ＣＦＤ；效率中图分类号：ＴＪ０１１＋５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３６５２４（２０２１）０４００１３０５收稿日期：２０２０１１２５基金项目：武器瞬态动力学研究中北大学科技创新团队（ＴＤ２０１９０３）作者简介：赵佳俊（１９９６—），男，硕士研究生，主要从事武器系统总体设计与仿真技术研究。
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅＡｉｒｆｌｏｗｆｒｏｍＭｕｚｚｌｅＢｒａｋｅＳｉｄｅＨｏｌｅｓＢａｓｅｄｏｎＣＦＤＺＨＡＯＪｉａｊｕｎ１，ＧＵＯＺｈａｎｇｘｉａ１，ＺＨＡＯＸｉｕｈｅ１，ＷＡＮＧＹｏｎｇｃｕｎ２（１ ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｓｈａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ；２ ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉａｎｙａｎｇ７１２０９９，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｉｒｆｌｏｗｆｒｏｍｔｈｅｓｉｄｅｈｏｌｅｓｏｆａｍｕｚｚｌｅｂｒａｋｅｄｉｒｅｃｔｌｙａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｔｏｔａｌａｉｒｆｌｏｗｒｅａｃｔｉｏｎｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｓｉｄｅｈｏｌｅｓ，ａｎｄｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｍｕｚｚｌｅｂｒａｋｅ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｉｄｅｈｏｌｅａｉｒｆｌｏｗｏｆａｍｕｚｚｌｅｂｒａｋｅｔｏｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｂｒａｋｅ，ａｒｅａｃｔｉｏｎｍｕｚｚｌｅｂｒａｋｅｉｓｔａｋｅｎａｓａｎｅｘａｍｐｌｅｔｏｃｏｎｄｕｃｔ３ＤｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｂａｓｅｄｏｎＦｌｕｅｎｔ，Ｔｈｅ３Ｄｍｕｚｚｌｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｓａｎａｌｙｚｅｄｔｏａｓｅｒｔａｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｆｏｒｍｉｎｇ，ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇａｎｄｄａｍｐｉｎｇｏｆｔｈｅｍｕｚｚｌｅｂｌａｓｔｗａｖｅｓ，ａｎｄｍｕｚｚｌｅｂｒａｋｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｂａｓｅｄｏｎＣＦＤｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｂｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓｉｄｅｈｏｌｅａｉｒｆｌｏｗ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｒａｔｉｏｔｏｍｕｚｚｌｅｂｒａｋｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｐｒｏｖｉｄｅｓａｖａｌｕａｂｌｅｒｅｆｅ ｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆｍｕｚｚｌｅｂｒａｋｅｓ，ａｎｄｉｔｉｓｕｓｅｆｕｌｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｍｕｚｚｌｅｂｒａｋｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｕｚｚｌｅｂｒａｋｅ；ｓｉｄｅｈｏｌｅａｉｒｆｌｏｗ；ＣＦＤ；ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ炮口制退器是控制后效期火药排出气体，分配火炮气体排出流量以达到减小火炮后坐力目的的火炮重要部件，对炮口制退器效率的评定是判断炮口制退器质量的重要指标，在炮口制退器的设计和计算中，准确计算炮口制退器效率对于炮口制退器性能的研究具有重要意义［１］。
炮口制退器的结构优化
炮口制退器的结构优化
制退器的相关尺寸为：制退器管体长度l=300mm，内径d=127mm，壁厚h=20mm，喷口倾角α=70°，圆孔喷口喉部开口尺寸b=40mm，开孔数目为32。
半剖面示意图：
喷口倾角α=70°，角度方向自己调整，所以也有可能是20°。
模型效果如上图。
受力：以上图为例，左端固定，在每个孔的右半圆面上施加42 MPa的力。
材料暂定为铬镍钢，弹性模量为206E/Gpa（2.06e5），泊松比为0.3，单元类型选择solid 185（也可以改变）。
优化参数：
壁厚<30mm
孔的倾角<90°（要保证目前的倾角方向）
圆孔半径
最大应力<700MPa
开孔的总面积要尽量大
要求：
1、提交的结果包括优化参数的设置，优化结果以及源程序
2、要有优化结果的list及最优结果的应力、应变截图。
3、采用ANSYS 10.0或以上版本。
炮孔布置的计算机辅助设计系统开发
炮孔布置的计算机辅助设计系统开发
左静
【期刊名称】《煤矿爆破》
【年(卷),期】2008(000)001
【摘要】本文针对爆破设计需求,基于AutoCAD二次开发出炮孔计算机辅助设计系统,介绍了设计系统中的数据库技术以及利用ObjectARX对AutoCAD进行二次开发的具体设计思想,实现了爆破的计算机辅助设计、修改、分析和统计功能,具有较强的适应性和可扩展性.
【总页数】3页(P8-10)
【作者】左静
【作者单位】西安近代化学研究所,陕西省西安市,710065
【正文语种】中文
【中图分类】TD235.4
【相关文献】
1.气力输送计算机辅助设计系统开发研究 [J], 平海
2.面向Intranet的焊接工艺计算机辅助设计系统开发 [J], 孔建寿;吴玲珑;张勇
3.接触网平面图计算机辅助设计系统开发与应用 [J], 刘建福;郑书慧;刘振华;孙晋兵
4.铁路隧道计算机辅助设计系统开发 [J], 许怀
5.基于Pro/TOOLKIT的凸轮计算机辅助设计系统开发 [J], 张继春;徐斌;林波
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
炮孔布置的计算机辅助设计系统开发
２ ，需 要从巷 道验 收数据 表 中读取数 据 ，并 设定好 各种 参数 ，计 算机 就能 自动生
成炮孔 图 。根 据设计 参数 ，就 能计算 出每 次爆 破所 需药量等 其它 设计结 果 。参数 录入 部分采用
ｉ ｅ ａｄ ｄ ｓｇ 、 ｍｏ ｉ ｃ ｔ ｎ、 ａ ａ ｙ ｉ ａ ｄ ｔ ｔ ｔ ｓ ａ ｅ ｒ ａ ｉｅ ，ｔ ｅ ｅ ｏ ｅ ｈ ｓ ｓ ｍ ａ ｓ ｏ ｇ ｒ ｓ ｉ ｂ ｌｙ ｎ ｄ ｅｉ ｎ ｄｆ ａ ｏ ｉ ｉ ｎ ｌ ｓｓ ｎ ｓ ｉ ｉ ｒ ｅ ｌ ｄ ｈ ｒ ｆ ｒ ，ｔ ｅ ｙ ｔ ａ ｓｃ ｚ ｅ ｈ ｓ ｔ ｎ ｅ ｕ ｔ ｉ ｔ ａ ｄ ｒ ａ ｉ ｅ ｔ ｎ ｉ ｉ ｔ． ｘ ｅ ｄ ｂ ｌ ｙ ｉ
，
Ｋ ｙ ｒ ｂａｔ ｏｅ’ ａｒ ｇ ｍｅ ｔ ａｄ ｅ ｉｎ Ａｕｏ ｅ ｗｏｄｓ ｌ ｌ Ｓ ｒａ ｅ ｎ ； ｉ ｅ ｄ ｓ ； ｓ ｈ ｎ ｄ ｇ ｔＣＡＤ
ｌ 引言
在矿 山生产 中 ， 矿方 法确 定 以后 ， 采 每个 工艺过 程所 需要 的相 关数据 和 图表就 需要在 地测 部 门的配 合 下完成 ，并 由技术 人 员提取相 关数 据 、绘制 相 关 图表 ，提 供给 在现场 作 的］ 人 ，进 一步进 行具 体的 ｒ ｌ 二
诸如 钻孔 、装 药 、爆破 等工 作 。但 各个 工 艺流 程在 时 间和空 间上 都是密 切相 关 的，又 由于采矿 工作在 不 确 定性非 常强 的岩 石 中进 行 ， 进行 的爆破 开采 等 所 ｒ作又 是极不 精密 的 ， 多作业 结果 并不 能和设 计初 很
衷 相符合 ，从而 为后 续的 设计和 开采 工作带 来 困难 ，进而 降低 了采矿 ＿作 效率 。而 采矿 方法计 算机 辅助 Ｉ 设计 ，正是 为 了克服这 种 由于不 确定性 和不 可预料 性而 发生 的方 案细节 变动 而进 行的 工作 ，因此 ，我们 需要 取得 某些 具体 设计 方案 的相关 数据 ，这 是在具 体分 析采矿 方法 和现 场条件 的 工作 中完成 的 。
某炮口制退器的多目标优化设计
某炮口制退器的多目标优化设计
江坤;钱林方;徐亚栋
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2007(19)15
【摘要】炮口制退器的性能是用制退器效率、炮口冲击波超压值、炮口火焰强度等因素的大小来评价的。
为得到综合性能优良的炮口制退器结构,采用非支配排序遗传算法(NSGA-II)和流场数值模拟对某扩张喷口炮口制退器进行了多目标优化设计。
流场数值计算模型采用二维轴对称欧拉方程进行描述,优化目标取为制退器所受冲击力最大和给定点的超压值最小,优化变量为喷口结构参数。
通过优化得到了Pareto最优解集,为制退器的设计提供了非常有意义的参考。
【总页数】4页(P3478-3480)
【关键词】数值模拟;多目标优化;遗传算法;炮口制退器
【作者】江坤;钱林方;徐亚栋
【作者单位】南京理工大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TJ011.5;TJ012.2
【相关文献】
1.某型炮口制退器结构优化研究 [J], 杜中华;狄长春
2.基于响应面法的炮口制退器优化研究 [J], 王仕松;郑坚;贾长治;崔英杰
3.炮口制退器的计算机辅助优化设计 [J], 曹锋;刘树华;郭文凤
4.黄金分割比在炮口制退器结构拓扑优化中的应用 [J], 豆征;李勇;黄宏胜;张永涛
5.炮口制退器优化设计方法研究课题通过鉴定 [J], 刘殿金
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
炮口制退器的计算机辅助优化设计
２００４年第１期收稿日期：!""#$"%$&&火炮的炮口制退器的流场十分复杂，理论上很难精确描述，只能在一定的假设前提下，尽可能将各种因素考虑得多一些，配合一定的修正系数，构造出半理论、半经验的计算方法，比如：改进的奥尔洛夫方法、斯鲁霍斯基方法、美国工程设计手册方法等。
其中改进的奥尔洛夫方法考虑的因素比较多，原则上可以适用于各种类型的炮口制退器，但对于某些类型炮口制退器可能会存在较大的计算误差；斯鲁霍斯基方法在抓住主要因素的同时，又过多地忽略了一些次要因素，计算显得比较粗糙，仅局限于冲击式的炮口制退器；美国工程设计手册方法考虑了炮口制退器侧孔中火药气体的二次膨胀，虽然对其它形式的炮口制退器有一定的适应性，但主要适用于反作用式的炮口制退器计算。
实际上，炮口制退器类型的划分存在一定的模糊性，既没有纯粹的冲击式，也没有纯粹的反冲击式。
针对某一具体的炮口制退器形式，采用哪种设计理论更合理，则取决于其计算结果与实际测试数据的接近程度。
本文建立了集上述三种炮口制退器设计理论为一体的数学模型，并据此开发了其优化设计软件，针对某一特定炮口制退器，可通过三种理论的并行计算，找出其中最接近试验值的一种作为该炮口制退器的设计依据，可显著提高炮口制退器理论分析的精确性，避免研制过程的多次反复和工程设计的多次修改，从而提高了研制工作的效率和效益。
!’’数学模型的建立!(&’’改进的奥尔洛夫方法此方法的出发点是通过计算炮口制退器各出口截面的气流总反力来计算炮口制退器的结构特征量，进而求出炮口制退器的其它特征参量。
其基本假设为：（&）流动是准定常的；（!）流动是一维的；（#）流动是绝热等熵的；（)）火药气体为完全气体，且忽略质量力；（*）炮口为临界截面；（+）后效期各瞬时，膛内气体密度均匀分布；（,）不考虑弹丸通过炮口制退器的过程。
根据上述假设将参考文献&第!*%页至!,!页的理论公式整理便可得改进的奥尔洛夫方法的数学模型。
基于武器类专业的计算机辅助设计课程教学改革研究
基于武器类专业的计算机辅助设计课程教学改革研究作者：鲍雪孙艳馥来源：《科技视界》 2014年第23期鲍雪孙艳馥（沈阳理工大学装备工程学院，辽宁沈阳 110159）【摘要】本文分析武器类专业计算机辅助设计课程的重要性和教学现状，从教学内容上需要更新教学内容、注重实践教学，从教学形式上采用多种教学方法，提出新的教学模式。
针对武器类专业的特点，进行计算机辅助设计课程的教学改革研究。
【关键词】武器类专业；计算机辅助设计；案例教学法；设计创新0 引言计算机辅助设计简称CAD，是用硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法和技术，是在计算机环境下完成产品的创造、分析和修改，以达到预期设计目标的过程[1]。
目前CAD软件众多，如常用的二维软件AutoCAD，三维软件UG、ProE、Solidworks等[2]。
《计算机辅助设计》课程是武器发射工程专业的必修课程之一，是面向学院各专业的专业基础课，主要通过AutoCAD、ProE等软件的学习，使学生了解CAD技术，培养其图形绘制、结构设计、机构运动仿真等技能。
武器发射工程专业学生重在培养其对常规武器的系统设计和实践方面的能力。
利用计算机进行武器结构设计和机构仿真等，可以实时进行修改，在减少了设计人员工作量的同时也提高了工作效率。
因此，计算机辅助设计在武器的设计开发方面起着发挥着非常重要的作用。
1 计算机辅助设计课程的教学现状在以往《计算机辅助设计》课程的教学中，学生会学习几种工程设计软件。
但在实际的教学过程中我们发现了些问题。
比如以往的软件教学理论内容较多，多是介绍软件而忽略了软件的应用，再加之学生上机操作的时间较少，就更不能很好的进行实际操作，学生设计能力得不到锻炼。
通常介绍好几种软件，由于教学课时有限，每种软件只介绍了个大概，而没有系统的理解和应用。
理论与实践环节结合较少，教师多采用填鸭式教学法，使学生学习起来较为枯燥，更谈不上设计的创新。
选择的计算机辅助设计软件过于陈旧，几年内都采用同一个软件或同一个软件的一个版本，没有及时的更新软件，如对于武器的构造来说，多是复杂的、不对称的结构，因此在用设计软件建模时适合采用三维软件而不是二维绘图功能强大的AutoCAD作为主要的软件平台。
某火炮炮口流场计算机仿真毕业设计说明书-1
1 绪论1.1课题研究的背景和意义火炮的历史可以追溯很久以前，早在春秋时期，中国已使用一种抛射机。
公元10世纪火药开始用于军事后，这种抛石机便用来抛射火药包、火药弹。
我国宋代就出现了以竹为筒的管形喷射火器——火枪；13世纪50年代，又出现了竹制管形射击火器——突火枪。
这种身管射击火器的出现，对近代火炮的产生具有重要意义。
火药、火器在13世纪通过丝绸之路由我国传到西方，在欧洲开始发展14世纪上半叶，欧洲开始制造出发射石弹的火炮。
19世纪末叶，炮身通过耳轴与炮架相连接，这种火炮的炮架称为刚性炮架。
刚性炮架在火炮发射时受力大，火炮笨重，机动性差，发射时破坏瞄准，发射速度慢，威力提高受到限制。
19世纪末期出现了反后坐装置，炮身通过它与炮架相连接，这种火炮的炮架称为弹性炮架。
1897年，法国制造了装有反后坐装置（水压气体式驻退复进讥）的75毫米野炮，后为各国所仿效。
弹性炮架火炮发时时，因反后坐装置的缓冲，作用在炮架上的力大为减小，火炮重量得以减轻，发射时火炮不致移位，发射速度得到提高。
但随着火炮威力的不断加大机动性和威力这一对矛盾再次突显出来，炮口制退器在解决这一矛盾中起到了重要的作用，同时被应用到世界各国的各种大威力火炮上，甚至舰炮也有使用炮口制退器的例子。
可以说炮口制退器是火炮武器的最重要的部件之一，火炮技术的发展与炮口制退器技术的发展密切相关[1]。
这是火炮发展史上的一个重大突破。
在后效期内火炮对膛底和弹丸同时作用，继续推动弹丸的向前运动，是弹丸在这一时期内仍在加速运动；对膛底的作用使炮身发生后座运动。
较大的后座能量对武器设计带来很多不利因素，如使武器振动、跳动等这些都要恶化武器的射击精度。
膛口喷出火药气体时，产生的光、声和热对于射手以及火炮附件都有不利的影响[2]。
炮口制退器的出现对于这些不利因素起到了一定的缓解作用。
炮口制退器的作用原理就是控制后效期火药气体流量分配、气流方向和气流速度[3]。
正式由于炮口装置改变了火药气流的状态，对膛口流场的研究具有了更大的意义。
炮口制退器优化设计理论与方法研究的开题报告
炮口制退器优化设计理论与方法研究的开题报告一、选题背景和意义炮口制退器是一种用于减少火炮炮口火焰、冲击波及噪声的装置。
它能够减弱火炮射击时产生的声、光、热、冲击等一系列危害因素，降低对环境、装备和人员的损害，提高射击精度和有效射程。
炮口制退器的优化设计是目前炮口制退器研制工作中的热点和难点，其优化设计不仅能够提高火炮综合性能，还能够降低对装备和人员的影响，对增强火炮的进攻和防御能力具有重要意义。
二、研究内容和范围本课题选取了炮口制退器优化设计方面尚未完全解决的问题，开展研究和探讨，包括以下方面：1、炮口制退器优化设计的方法体系研究及其应用。
2、炮口制退器优化设计的理论基础研究，包括声学、气动学、力学等多个学科的交叉研究。
3、炮口制退器各种参数的优化设计方法及其在实际工程中的应用。
4、炮口制退器在不同环境条件下的优化设计方法及其在实际工程中的应用。
5、炮口制退器优化设计在工程应用中需注意的问题。
三、研究方法和步骤本研究将应用多学科交叉、多方位分析和计算机模拟方法，具体流程如下：1、炮口制退器声学模型建立：运用声学理论和有限元分析方法建立炮口制退器的声学模型，分析炮口制退器在不同工况下的声压级、频率响应特性等。
2、炮口制退器气动模型建立：运用流体力学理论和有限差分方法建立炮口制退器的气动模型，分析炮口制退器在不同工况下的气压、流速等参数。
3、炮口制退器力学模型建立：运用有限元分析方法建立炮口制退器的力学模型，分析炮口制退器在不同工况下的应力、变形等参数。
4、参数优化设计：根据上述模型建立的基础上，运用遗传算法、蚁群算法等优化方法，设计炮口制退器的各种参数。
5、试验验证和评估：对设计出的炮口制退器进行试验验证和评估，评估其性能优越性和适应性。
四、可行性分析本研究所提出的炮口制退器优化设计理论和方法，将会结合现代科技与计算机技术等先进手段，进一步完善炮口制退器优化设计的理论和方法，能够在军事、民用等领域产生广泛而实际的应用。
基于响应面法的炮口制退器优化研究
２１ ０ ０年 １ ２月
机 械 工 程 与 自 动 化 Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭ ＡＴ１ ０Ｎ
Ｎｏ．６
Ｄｅ ． ｃ
文 章编 号 ： ６ ２６ １ （ ０ ０） ６ ０ ６ — ３ １７ —４ ３ ２ １ ０ —０ ９０
Ｙ方 向的运 动速 度 ； 为粘性 力 ； ｒ ｋ为 热传导 系数 ； 为 Ｔ 温度 ；ｋ・ Ｆ ３ 、ｋ・ ｒ 砂 为 热流量 。 ￣ ／ｘ ｏ／ 解 方 程在空 间上 采用 中心格 式的有 限体 积法进行 离散 ，在 时 问上采 取 Ｒｕ ｇ — ｔ 法 进行迭 代 ，湍 流 ｎ ｅＫｕｔ ｅ 模型 为单 方程 Ｓ ａａｔＡ ｌ ｒｓ 型 。 ｐ ｌｒ ｌ — ｍａａ 模
扩 张 半 角 、 形 的倾 斜 角 和 制 退 器 喷 口 内侧 长 等结 构 因 素 ， 梯 以制 退器 效 率 和炮 手位 置 的冲 击 波 峰 值 表 征 炮 口制
退 器 综 合 性 能 ，进 行 验 证 、仿 真 和 分 析 。并 且 基 于 正 交设 计 法建 立 输 入 输 出样 本 对 ， 用 响 应 面 法 ，得 到设 计 利 参 数 与 性 能指 标 之 间 的非 线性 映射 关 系 ， 建 炮 口制 退 器 综 合 性 能 目标 函 数 ， 构 从而 可 以为 炮 口制 退器 综合 性 能
的 优 化 提供 一定 依 据 。
关 键 词 ： 响应 面法 ；炮 口制 退 器 ； 优 化
中 图分 类 号 ：ＴＪ ０ ３３
文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
（ ・ ）
）
炮 口制退器 通过控 制后 效期火 药气 体 的流量分 配 和气流速度 对炮 身提供 制退力 ， 而减小后 坐 动能 。 从 然 而 ，炮 口制 退器 的应用也 带来 了如 炮 口冲击波 和噪声 等不 利的影 响［ 。理想 的炮 口制退 器应 当在保证 较高 １ ｊ 制退 效率 的前提下 ，将 冲击波超 压值 限制 在 比较低 的 范 围内 。因而 ，对 于炮 口制退器 性能 的评 价应包 括两 个方 面 ，一方 面是 对炮 口制退器 效率 的评 价 ，另 一方 面是对 炮 口冲击 波 强度 的评价［ 。 ２ ］ 从 目前情况 来看 ，已广 泛用 于航空 航天 、流体 机 械 、船 舶工 业等 领域 的计 算 流体 力学 （ ｏ ｕａｉｎ ｌ Ｃ ｍｐ ｔｔ ａ ｏ Ｆ ｕｄＤｙ ａ ｃ ， ｌｉ ｎ ｍｉ 简称 Ｃ Ｄ） 相应 的仿 真 软件 比较适 ｓ Ｆ 及 合模 拟膛 口流场 ｒ ，可 以用 于建 立符合 实 际情况 和课 ３ ］ 题 需求 的数 学 、物理模 型 ，为深人 研究 制退器 性能 提 供 比较可信 的仿 真试验 结果 ，并 为炮 口制 退器 的进一 步改进 和优化 提供 重要 的依据 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
２００４年第１期收稿日期：!""#$"%$&&火炮的炮口制退器的流场十分复杂，理论上很难精确描述，只能在一定的假设前提下，尽可能将各种因素考虑得多一些，配合一定的修正系数，构造出半理论、半经验的计算方法，比如：改进的奥尔洛夫方法、斯鲁霍斯基方法、美国工程设计手册方法等。
其中改进的奥尔洛夫方法考虑的因素比较多，原则上可以适用于各种类型的炮口制退器，但对于某些类型炮口制退器可能会存在较大的计算误差；斯鲁霍斯基方法在抓住主要因素的同时，又过多地忽略了一些次要因素，计算显得比较粗糙，仅局限于冲击式的炮口制退器；美国工程设计手册方法考虑了炮口制退器侧孔中火药气体的二次膨胀，虽然对其它形式的炮口制退器有一定的适应性，但主要适用于反作用式的炮口制退器计算。
实际上，炮口制退器类型的划分存在一定的模糊性，既没有纯粹的冲击式，也没有纯粹的反冲击式。
针对某一具体的炮口制退器形式，采用哪种设计理论更合理，则取决于其计算结果与实际测试数据的接近程度。
本文建立了集上述三种炮口制退器设计理论为一体的数学模型，并据此开发了其优化设计软件，针对某一特定炮口制退器，可通过三种理论的并行计算，找出其中最接近试验值的一种作为该炮口制退器的设计依据，可显著提高炮口制退器理论分析的精确性，避免研制过程的多次反复和工程设计的多次修改，从而提高了研制工作的效率和效益。
!’’数学模型的建立!(&’’改进的奥尔洛夫方法此方法的出发点是通过计算炮口制退器各出口截面的气流总反力来计算炮口制退器的结构特征量，进而求出炮口制退器的其它特征参量。
其基本假设为：（&）流动是准定常的；（!）流动是一维的；（#）流动是绝热等熵的；（)）火药气体为完全气体，且忽略质量力；（*）炮口为临界截面；（+）后效期各瞬时，膛内气体密度均匀分布；（,）不考虑弹丸通过炮口制退器的过程。
根据上述假设将参考文献&第!*%页至!,!页的理论公式整理便可得改进的奥尔洛夫方法的数学模型。
!(!’斯鲁霍斯基方法此方法的出发点是根据火药气体流出炮口的动量率变化所产生的力，以及冲击反射面挡板的气流动量率变化所产生的力计算炮口制退器的结构特征量，进而求出炮口制退器的其他特征量。
此方法的基本假设为：（&）流动是准定常的；（!）流动是一维的；（#）流动是绝热等熵的；（)）炮口为临界截面；（*）以膛内火药气体的平均参量作为计算依据；（+）忽略弹丸通过炮口制退器所经过的时间，认为火药气体瞬时充满整个炮口制退器腔室，质量分布均匀，而且气体在同一瞬间开始从侧孔及中央弹孔流出；（,）侧孔导向良好，使气体基本上沿侧孔导流面流出，这部摘要：本文介绍了集三种炮口制退器设计理论为一体的数学模型所开发的优化设计软件，显著提高了炮口制退器理论分析的精确性，避免研制过程的多次反复和工程设计的多次修改，从而提高了研制工作的效率和效益。
关键词：炮口制退器计算机辅助设计理论与探索炮口制退器的计算机辅助优化设计曹锋刘树华郭文凤（华北工学院机械电子工程系，太原，"#""*&）!"２００４年第１期分气体是冲击前反射面之后转折进入侧孔的。
根据上述假设将参考文献!第"#$页至"#%页的理论公式整理便可得斯鲁霍斯基方法的数学模型。
"&’((美国工程设计手册方法此方法的出发点是根据炮口制退器各出口截面气流的动量率求出炮口制退器的冲量特征量，根据后效期炮膛流空的理论公式求出后效期炮膛合力全冲量，进而求出炮口制退器的效率。
此方法的基本假设为：（!）流动是准定常的；（"）流动是一维的；（’）流动是绝热等熵的；（)）炮口为临界截面；（*）以膛底压力作为计算的依据；（$）侧孔导向良好；（#）忽略弹丸通过炮口制退器的过程，炮口制退器腔室室内气体充满并均质分布；根据上述假设将参考文献!第"#+页至"%"页的理论公式整理便可得美国工程设计手册方法的数学模型。
"((炮口制退器软件的功能及性能设计作为一种炮口制退器的专用工程软件，需要解决如下问题：,&炮口制退器的预测性计算；-&炮口制退器的符合性计算；.&炮口制退器的设计性计算。
本软件是借助/012345678$&9软件平台开发的工程应用软件，可应用于各种类型炮口制退器的工程设计，具有如下特点：,&:方便于多方案的预测性计算、比较和评估；-&可获得较为接近实验值的理论分析结果；.&人机界面友好，并具有进一步升级和完善的条件。
人机工程的兴起使得软件的界面及其可使用性日益显得重要，以往有的/;<软件不太成功的一个重要原因就是界面较差，使用不方便，因而不利于推广应用。
因此在软件设计时，我们总是站在用户的立场来考虑问题的。
例如，对于数据输入，我们既可以直接使用数据文件中的数据，也可交互式输入，如图"。
此外，我们对用户还提供了帮助、打印、数据参考等功能，并且图标设计新颖，使用方便。
此外我们还向用户提供了对数据的合理性及边界检查功能。
当理论与探索图!(((主窗体图"(((用改进的奥尔洛夫方法设计窗体图’(((用斯鲁霍斯基方法设计窗体图)(((用美国工程设计手册方法设计窗体（下转第"’页）"9２００４年第１期用户输入一个非数字的字母或越界的数字，程序都会弹出一个通告栏，提示用户修改错误的数据，从而能够保证程序的正常运行。
!""软件应用分析本软件可以选出针对具体炮口制退器的最优设计理论，从而可以提高设计效率和设计精度。
我们用该软件对下列火炮的炮口制退器进行了计算，结果如表#。
由上表可知：用美国工程设计手册的方法设计$%&$’(类型的炮口制退器比较合理；用改进的奥尔洛夫方法设计$%&#)*(类型的炮口制退器比较合理；用斯鲁霍斯基方法设计’+,-类型的炮口制退器比较合理。
随着./0技术的发展，人们越来越认识到火炮./0是改变我国火炮设计“画加打”传统设计模式的有效途径，广大兵器科研人员经过不懈的努力在这方面也有所进展，我们虽然对炮口制退器./0研究做了一些有益的尝试，但只能起到抛砖引玉的作用。
同时也真诚地希望专家们批评指正，以利于本系统进一步完善。
参考文献12高树滋等32火炮反后坐装置设计4北京：兵器工业出版社，#%%$425!!26257852胡波，张昆42.99:;<=>?@+编程实例教程32北京：北京希望电子出版社，5**5$%,$’(222!$3%!+A B $13!’+5C 2222!+4!888C !7C $%,188(222!!475A’C A’4’5%!C 2222!14$A!’C !$C ’+,-222!’4!1$!C!’4’7!1C22225%4%’A$CA8C表1222三种理论计算结果对比表火炮名称炮口制退器的制退效率!!改进的奥尔洛夫方法理论计算值斯鲁霍斯基方法理论计算值美国工程设计手册方法理论计算值实验值（实际值）求并列进行，当在相位!完毕时需发出指令使下一程序.8进行。
所发的指令根据工艺过程要求的不同有表$中所示的两种。
如果工艺要求.1和/8程序均进行完毕后才允许.8进行，则.1和/8程序终端应设置发信元件.1和D *，并由.1和D *组成逻辑与“.1・D *”控制.*的进行。
所以，如果.1和/*中任一程序未进行完毕，则下一程序.*将不能进行。
该要求可选择表A 中方案（1）建立函数式如下：/1（E *）F122222222222222222222222222222222（1）/*（E 1）F!，A2222222222222222222222222222（5）:1（D 1）F5222222222222222222222222222222222（!）:*（G *）F$，1，52222222222222222222222222（A ）.1（E 1）F!，A22222222222222222222222222222（$）.*（G 1D *）F （A ）（A ，$）FA222222222（+）如果并列程序.1，/*并不要求程序全部进行完毕才能进行下一程序.*，而只需要由.1作为下一程序.*的指令，则可以省去D *元件。
此时/*程序到达终点的时间如果滞后于.1不多而又不会影响程序紊乱也是可以的。
如果滞后太多，超过了允许时间，还可以在.1—.*—:*的控制线路中加延时元件，将.1进行速度适当放慢，以便等待/*程序，只要/*退回的动作能够在整个循环终点之间（即:*结束之前）完成。
此时可采用表$中方案（5）进行设计，其函数式只需将式（+）改写为.*（G 1）F2A 即可。
参考文献122王伟《气动技术》北京出版社1%71年；H 1*,H 1$522张成孝《数理法程序气路设计》，1%7A 年!月，H !*!22王永华主编《现代电气及可编程控制技术》，北京航空航天大学出版社，5**5年%月；H A$,H $*A22方承远主编《工厂电气控制技术》北京机械工业出版社，5***年；H 7*,H 7$$22刘金琪编著《机床电气自动控制》哈尔滨工业大学出版社，1%%%年；H ’+表A222程序、信号和相位关系表相位12222222222225222222222222!2222222222222A 222222222222$程序名称/12222222222:122222222.12I/*222222222.*2222222222:*2222222222222222222222222222J2222222222D 122222222222E 122222222222G 1D *222222222G *22222222222E *222222222222222（E *）J222222222D 1222222222222E 12222222222222G 1222222222G *22222222222E *22222222（D *）程序终端作用信号（1）程序终端作用信号（5）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第5*页）理论与探索"#。