炮口流场

图2.3 带炮口制退器时计算区域网格划分
同样将划分好的网格文件读入fluent软件进行解算， 同样将划分好的网格文件读入fluent软件进行解算，采用二维双精 fluent软件进行解算 度求解器。得到计算结果如下： 度求解器。得到计算结果如下：
1 ms时压力等值线图
4.5 ms时压力等值线图
5.5 ms时压力等值线图
8 ms时压力等值线图
通过带炮口制退器时炮口流场的压力等值线图可以清楚看到火药气体 沿着炮口制退器侧孔喷射而出的过程。 沿着炮口制退器侧孔喷射而出的过程。与无炮口制退器火炮发射时炮口流 场相比较，火药气体被炮口制退器分流并改变了方向， 场相比较，火药气体被炮口制退器分流并改变了方向，减少了气体从堂口 向前喷出，也就减小了其对火炮的反作用力，而且炮口制退器向后开孔， 向前喷出，也就减小了其对火炮的反作用力，而且炮口制退器向后开孔， 气体沿着侧孔向后喷出，给了火炮一个现对于后座力方向相反的力， 气体沿着侧孔向后喷出，给了火炮一个现对于后座力方向相反的力，炮口 制退器可从这两方面少气体减小了对身管以及火炮整体的受力， 制退器可从这两方面少气体减小了对身管以及火炮整体的受力，这也是炮 口制退器的制退作用。 口制退器的制退作用。 火药气体沿炮口制退器侧孔向后喷射， 火药气体沿炮口制退器侧孔向后喷射，这就对后方炮手以及设备产生 了威胁，所以要控制向后喷出的气体量， 了威胁，所以要控制向后喷出的气体量，来保证后方人员以及火药零件的 安全，这就是炮口制退器的效率问题， 安全，这就是炮口制退器的效率问题，最大的影响因素就是炮口制退器侧孔的角度，在设计炮口制退器时这是尤为重要的指标。 孔的角度，在设计炮口制退器时这是尤为重要的指标。在进行仿真计算时 可以清楚的看到不同效率的炮口制退器对于火药燃气的分流情况以及后方 压力值。 压力值。
图2.1 炮口流场示意图
无炮口制退器时的计算模型较为简单，利用gambit软件进行模型的建立。 无炮口制退器时的计算模型较为简单，利用gambit软件进行模型的建立。本 gambit软件进行模型的建立 文采用二维对称轴模型，混合网格对计算区域进行划分， 文采用二维对称轴模型，混合网格对计算区域进行划分，炮口附近区域选用 三角形网格，且网格较为稠密； 三角形网格，且网格较为稠密；远离炮口区域选用四边形网格并且网格密度 较稀疏。下图（ 2.2） 较稀疏。下图（图2.2）为计算区域的网格划分
122mm火炮炮口流场 122mm火炮炮口流场 计算机仿真
中北大学
1.本文的主要工作 1.本文的主要工作
随着对炮口流场研究的深入， 随着对炮口流场研究的深入，人们已经不满足只得到较为真 实可靠的流场波形。本文将结合前人的重要研究成果，利用CFD软 实可靠的流场波形。本文将结合前人的重要研究成果，利用CFD软 CFD 件包对火炮发射过程进行模拟仿真， 件包对火炮发射过程进行模拟仿真，得到无炮口制退器的火炮发 射时的膛口波系结构， 射时的膛口波系结构，并且在此基础对有炮口制退器火炮发射时 的波形及其分布进行数值模拟。将有、 的波形及其分布进行数值模拟。将有、无炮口制退器时炮口流场 结构进行对比，观察炮口压力分布， 结构进行对比，观察炮口压力分布，分析炮口制退器使火炮气体 的分流情况。 的分流情况。
动画
3.带炮口制退器的火炮发射时炮口流场模拟 3.带炮口制退器的火炮发射时炮口流场模拟
带炮口制退器的数值模拟与无炮口制退器时基本相同，在建模过 带炮口制退器的数值模拟与无炮口制退器时基本相同， 程中由于炮口制退器相对复杂，利用autoCAD进行计算模型的建立再 程中由于炮口制退器相对复杂，利用autoCAD进行计算模型的建立再 autoCAD 倒入gambit进行网格的划分。带有制退器的炮口流场在三维结构中不 倒入gambit进行网格的划分。 gambit进行网格的划分 是对称模型，在研究炮口流场的形成以及发展时，不考虑受力的情况 是对称模型，在研究炮口流场的形成以及发展时， 下可以应用二维对称轴模型来表示，同样计算一半区域，完成后再显 下可以应用二维对称轴模型来表示，同样计算一半区域， 示完整区域可以减少计算时间。下图（图2.3）为带炮口制退器模型 示完整区域可以减少计算时间。下图（ 2.3） 网格划分图。 网格划分图。
图2.2 无炮口制退器时计算区域网格划分
计算模型网格划分好之后导读入fluent进行计算，计算结果如下：
1.5ms时压力等值线图
2ms时压力等值线图
3ms时压力等值线图
4.5ms时压力等值线图
前面分别给出了1.5ms、2ms、3ms以及4.5ms时的压力等值线图， 前面分别给出了1.5ms、2ms、3ms以及4.5ms时的压力等值线图，通过 1.5ms 以及4.5ms时的压力等值线图 压力等值线图可以看出流场形成的过程， 压力等值线图可以看出流场形成的过程，波形从无到有由小到大的发 展，二维对称计算区域内可以看书波形近似为圆形，也就是实际中冲 二维对称计算区域内可以看书波形近似为圆形， 击波的波阵面呈球形，并且在不断扩大，马赫盘的形成扩大， 击波的波阵面呈球形，并且在不断扩大，马赫盘的形成扩大，这符合 了武器气体动力学中给出的理论结果，即炮口冲击波为球心运动结构。 了武器气体动力学中给出的理论结果，即炮口冲击波为球心运动结构。 从压力等值线图中可以看到流场内不同位置的压力数值以及同周围压 力的对比。通过对比1.5ms和2ms的压力等值线图可以看到， 力的对比。通过对比1.5ms和2ms的压力等值线图可以看到，火药气体 1.5ms 的压力等值线图可以看到 出堂口后急剧膨胀，压力迅速下降并向外传播。通过4.5ms时的压力等 出堂口后急剧膨胀，压力迅速下降并向外传播。通过4.5ms时的压力等 4.5ms 值线图与图2.1炮口流场示意图对比可以看出， 值线图与图2.1炮口流场示意图对比可以看出，在流场前段两侧会出现 2.1炮口流场示意图对比可以看出 涡流，此涡流周围会产生高压，但是涡流内部出现真空。 涡流，此涡流周围会产生高压，但是涡流内部出现真空。得到的仿真 结果与理论值基本符合。 结果与理论值基本符合。
动画
4 全文工作总结
本文应用fluent软件对无炮口制退器和带炮口制退器火炮发射时炮口 本文应用fluent软件对无炮口制退器和带炮口制退器火炮发射时炮口 fluent 流场进行了模拟。给出了炮口流场的压力等值线图， 流场进行了模拟。给出了炮口流场的压力等值线图，由此可分析出炮 口流场的压力分布情况，压力值的大小， 口流场的压力分布情况，压力值的大小，并可以清晰出冲击波的形成 以及发展过程。通过有无炮口制退器炮口流场的对比， 以及发展过程。通过有无炮口制退器炮口流场的对比，直观的反映了 炮口制退器对火药气体的分配情况。通过对流场的分析可以为炮口制 炮口制退器对火药气体的分配情况。 退器的设计提供帮助。 退器的设计提供帮助。
2.无炮口制退器的火炮发射时炮口流场模拟 2.无炮口制退器的火炮发射时炮口流场模拟
首先对无炮口制退器火炮发射时的炮口流场进仿真。 首先对无炮口制退器火炮发射时的炮口流场进仿真。对于无炮 口制退器火炮发射流场的数值计算比带有炮口制退器流场模型简单 因此计算所用时间也相对较少。 因此计算所用时间也相对较少。得到无炮口制退器时流场结构后可 以对比理论结构以及前人的研究成果来验证模型的建立以及相关参 数选择是否合理。下图给出流场结构示意图： 数选择是否合理。下图给出流场结构示意图：