Fluent超声速子母弹抛撒分离动力学研究(2)
子母弹是指在一个母弹载体内装备一定数量的相同或不同种类战斗部的子弹，并在预定的抛射点开舱，将子弹从母弹弹体内抛撒出来，形成具有一定散布面积与散布密度的一类武器。子母弹武器的研究最早出现在1960年初，但当时没有足够的物质条件支持，进展较慢。80年以后，为了满足战争的需要，各军事强国加快了对子母弹武器系统的研制，此时科学技术的发展也为武器研制提高了必要的基础条件。我国是从上世纪80年代开始研究子母弹技术，相比国外差距较大，不仅子母弹种类较少，相关技术包括抛撒技术、制导技术、先进子弹药也相对落后，而且基础理论研究也相当薄弱，同时装备智能化低也是急需解决的问题。
子母弹从发射到子弹击中目标是一个非常复杂的过程，包括母弹开舱、抛撒机构抛撒子弹、子弹飞行等。其中抛撒分离过程是子母弹武器系统的关键环节，抛撒过程即由单体到多体的分离过程，多体之间的流场作用使得子弹分离过程更加复杂，故解决如何让子弹按照预定轨道成功地从母弹抛撒分离的问题一直是子母弹武器系统研制的关键之一。
影响子母弹分离的因素主要有[1]：（1）子弹初始运动状态，如子弹初始位置、速度、姿态角和姿态角速度等；（2）子母弹之间复杂的干扰气动特性。
研究子母弹抛撒分离动力学特性的方法主要有三种：风洞试验、飞行试验和理论计算。采用风洞试验对子母弹分离中典型姿态进行研究能够为认清子母弹分离过程提供直观、可信的试验数据，但其与飞行试验一样，均存在成本高、周期长、需要消耗大量人力物力的缺点。理论计算往往只能适用于外形相对简单的子母弹，且很难准确计算在复杂流场干扰下子弹的气动参数。计算流体力学的发展使得运用数值模拟解决子母弹抛撒分离问题成为可能，数值模拟方法不仅可以获得流场内部更多的细节信息，而且可以方便地研究不同弹形、不同分离速度、不同马赫数时的流场特性。
子母弹武器系统能否有效地打击目标关键之一是子弹能否按预定要求飞向目标，这对子母弹的结构设计和抛撒机构的设计提出一定的要求，而结构和机构设计的主要依据即子母弹抛撒过程中的气动特性和分离规律。因此，本文利用非结构动网格技术耦合计算流体力学方程和优尔自由度运动方程对子母弹抛撒分离过程的动力学进行数值研究。
1.2 国内外研究现状
1.3 本文的主要内容
本文采用计算流体力学控制方程耦合优尔自由度刚体运动方程的方法，利用Fluent非结构动网格技术，对飞行速度为2马赫的子母弹抛撒分离的动力学过程进行数值求解，并着重对子弹在分离过程中的运动状态和流场结构进行分析，讨论了母弹初始攻角对子弹分离过程和流场分布的影响。
本毕业设计的说明共分为四章，下面是各章节的概述。
第一章简要地介绍了子母弹武器系统研制的背景，阐述了研究子母弹抛撒分离过程的意义，并重点介绍国内外CFD技术在计算子母弹抛撒分离过程的应用和发展。
第二章主要简单地介绍了流体力学控制方程和优尔自由度运动控制方程的基本知识，并着重介绍了本文采取的用来求解计算流体力学控制方程和优尔自由度运动控制方程的数值计算方法，最后阐述了两类方程耦合求解的基本步骤。
第三章耦合无黏欧拉方程和优尔自由度运动方程对子母弹二文情形下的分离过程进行求解，揭示了分离过程中子弹运动的三种状态，并作简要分析。
第四章基于无黏欧拉方程和动网格技术，研究了子母弹三文情形下的抛撒分离问题。详细分析了子母弹模型稳态和非稳态过程的流场结构和运动状态，并讨论了在母弹不同初始攻角下，相同时刻子弹运动状态的改变，以及对升阻力系数的影响。