亚音速枪弹气动外形设计与阻力特性分析+数学模型(3)
采用LU隐式差分格式求三文Navier-Stokes方程的解，对其进行数值模拟。为提高弹丸射击质量, 两种后体形状完全相同、引信头部外形参数不同的弹丸在0.7 ～ 3.0马赫数下, 气动力参数和气动力特性存在差异。 分析产生差异的原因，为提高弹丸射击质量做后续准备。计算结果表明:在弹丸设计过程中，引信结构、外形影响了弹丸气动力特性。为了有效减少产生的影响，应该避免采用具有拐点的母线形状。弹丸引信头部形状对弹丸的整体气动特性有较大的影响；通过对弹丸引信头部形状进行细致的设计, 可以达到优化弹丸气动特性[8]的目的。
1.3 枪弹气动力特性的研究方法
目前，人们对枪弹阻力特性的研究主要有风洞吹风法、飞行试验法、工程计算法和数值模拟法。风洞吹风和飞行试验法由于耗时长且成本较高，一般不予采用。工程计算法大多是根据实验总结出的半理论半经验的方法，受到枪弹外形的限制，在枪弹气动特性的计算中精度不高。数值模拟分析流体流动、热传导等物理系统，在计算机上使用流动基本方程得出结果，然后显示出图像。数值模拟法比风洞吹风的优势在于，风洞吹风法会产生洞壁和支架的干扰等问题，而数值模拟不会。工程计算法不能将因气流粘性导致分离所引起的结果记录下来，数值模拟则可以很好地得出结果[9]。数值计算法还可以做到模拟更复杂的流场，这是其他几种方法所难以实现的。
计算流体力学技术正日新月异地高速发展着，这使得数值模拟法逐渐代替其他方法，更为有效地研究和解决旋成体弹丸乃至更复杂飞行器气动问题[10]。但不同枪弹外形对会阻力系数产生不同的影响，这类研究成果比较少，并且大多没有考虑枪弹的是否旋转、旋转的速度以及弹体表面是否有刻痕等情况。
为克服长期以来应用工程方法计算枪弹气动特性精度不高的缺点及系统研究枪弹外形对其阻力特性的影响规律，应用有限体积法对不同外形尺寸及带刻痕条件下的旋转枪弹进行数值模拟，通过对比不同马赫数下阻力系数的计算结果得出枪弹圆柱部长度l1、尾锥部长度l2、尾锥部倾角θ、旋转及刻痕对阻力系数的影响规律。分析产生影响规律的原因，提出低阻力亚音速枪弹外形设计的参考准则。
1.4 亚音速枪弹的发展趋势
其实，几乎所有的军用枪弹都有相应的亚音速枪弹与之口径一一对应。特种部队在执行秘密任务时，大多采用微声武器。通常对这类武器有很大的要求，而可减小枪口噪声的亚音速弹，十分适合这种情况。许多亚音速枪弹由于初速低，导致杀伤性能减小，而将弹头加重可以减少它本身所造成的不良影响。例如，俄罗斯研制的亚音速弹，弹丸口径为7.62×39mm，弹头质量为12.5g，而标准的7.62×39mm弹弹头质量为7.9g；5.45×39mm标准弹的弹头质量比亚音速枪弹的弹头质量要轻2.1g，为3.4g，亚音速弹是5.5g。
同口径空心弹丸与普通弹丸相比，绕流场阻力系数要小。它具有的独特流场波系结构, 可以较好地储存速度。 空心弹丸速度降比同口径普通弹丸小得多，这一点由外弹道计算证实。 同时还发现空心弹丸的速度降与斜距离的变化关系受发射角度的影响不大[11]。研究表明空心弹丸具广阔的应用前景。
在亚音速情况下，底凹弹丸的底凹深度有个最佳值，在最佳值处具有最好的减阻效果。通过分析可知，底凹装置能提高弹丸的飞行稳定性，增加弹丸的射程、精度，所以，底凹弹尤其是侧壁开孔底凹弹将得到极大的发展。对侧壁开孔的底凹弹丸进行仿真研究也具有十分重要的意义[12]。为增大射程、增大弹丸的破坏威力和提高射击精度，采用Fluent[13-15] 软件研究底凹装置对弹丸阻力系数的影响。
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