[发明专利]末制导炮弹发射过载数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种末制导炮弹发射过载数值模拟方法，首先建立末制导炮弹发射系统的有限元网格模型；然后建立两相流内弹道模型与后效期模型；最后将两相流内弹道模型、后效期模型与有限元网格模型耦合，得到末制导炮弹发射过程数值分析模型，提取末制导炮弹的发射过载曲线。本发明能够得到最大膛压时刻及出炮口时刻的末制导炮弹过载值，为末制导炮弹设计提供更为准确的参考依据。

技术领域

本发明涉及数值模拟领域，具体涉及一种末制导炮弹发射过载数值模拟方法。

背景技术

火炮射击过程中，弹丸受到火药燃气的冲击十分剧烈，末制导炮弹内部的电子元器件能否在如此恶劣环境下正常工作是末制导炮弹技术的一大难题。为保证末制导炮弹工作的安全性和可靠性，必须对末制导炮弹发射过载进行分析。张振辉等在论文《末制导炮弹堂内过载影响因素数值分析》中采用加载压力曲线的方法分析了末制导炮弹在膛内的过载情况，但是该方法无法分析末制导炮弹出炮口之后的过载情况。X.W.Yin等在论文《Multiphasic modelling of the coupled behavior of precision-guidedprojectiles subjected to intense shock loads》中指出，末制导炮弹中的电子元器件在出炮口时刻失效概率最大，而非传统意义上的膛内最大压力时刻，但是该论文在建模时采用简化的二维模型，计算精度较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种末制导炮弹发射过载数值模拟方法，能够模拟膛内压力最大时刻及出炮口时刻的末制导炮弹发射过载值。

实现本发明目的的技术方案为：一种末制导炮弹发射过载数值模拟方法，包括如下步骤：

步骤1、建立末制导炮弹发射系统的有限元网格模型；

步骤2、建立两相流内弹道模型与后效期模型；

步骤3、将两相流内弹道模型、后效期模型与有限元网格模型耦合，得到末制导炮弹发射过程数值分析模型，提取末制导炮弹的发射过载曲线。

作为一种优选实施方式，步骤1中，首先建立身管模型与末制导炮弹模型，其中末制导炮弹模型包括导引部、电子舱、战斗部、舵翼、控制部分、尾翼、减旋控制装置、尼龙弹带、舵翼控制装置、聚能装药、滚转速率传感器、封装泡沫以及电路印制板；然后在有限元前处理软件Hypermesh中对各个零部件进行网格离散，得到末制导炮弹发射系统的有限元网格模型。

作为一种优选实施方式，步骤2中，两相流内弹道模型的控制方程为：

式中：A为身管内截面积，φ为空隙率，ρ_g为气相密度，ρ_p为固相密度，u_g为气相速度，u_p固相速度，为发射药在单位时间、单位体积上燃烧生成的气体质量速率，f_s为相间阻力，e_g为气相比内能，Q_p为相间传热，e_p为火药化学潜能，R_p为颗粒间应力，p为气体压力。

作为一种优选实施方式，步骤2中，建立的后效期模型如下：

其中，p_g为弹丸飞出炮口的膛内平均压力；t_g为弹丸飞出膛口的时间；t为弹丸后效期作用时间；b为后效期时间常数。

作为一种优选实施方式，步骤3中，将两相流内弹道模型、后效期模型与有限元网格模型耦合具体是：