基于CFD的狙击武器射表编拟方法研究

摘要

在我国轻武器射表编拟领域，技术人员长期以来一直采用质点弹道编拟射表。该方法将弹丸看作质点，不考虑其绕质心的转动，因而无法准确描述弹丸的飞行姿态。该方法对于精度要求不高的普通轻武器来说足够满足要求，但是近年来高精度狙击武器层出不穷，传统射表编拟方法的适应性越来越差。如何提高轻武器射表编拟精度成为当前急需解决的重要问题。本文依据计算流体力学（简称CFD，下同）的基础理论，采用稳态仿真与瞬态仿真相结合的方法获取弹丸全部气动参数，利用六自由度外弹道方程组，采用四阶Runge-Kutta法计算狙击武器的射表，分析了典型外弹道参数的变化规律。
　　本研究主要内容包括：⑴研究了弹丸在空气中飞行时所受全部空气动力，给出地面坐标系下六自由度外弹道方程组。利用六自由度外弹道方程组，并代入初始条件和气动参数，即可计算出任意时刻弹丸的位置、速度和飞行姿态，进而给出狙击武器的射表。⑵提出稳态仿真与瞬态仿真相结合的弹丸气动参数计算方法，并分析了各气动参数的变化规律。在瞬态仿真中，规定弹丸以正弦曲线形式进行二维平面内的俯仰运动，采用一阶谐波分离的方法，从算得的离散点数据集中提取相关气动参数。⑶分析了各气动参数随马赫数、攻角、转速等的变化规律。各气动参数随马赫数的变化规律不尽相同，但是在马赫数1.0附近均变化较剧烈。各气动参数随弹丸转速的变化规律较一致，均为线性变化，这使得我们在计算类似弹丸气动参数时，针对弹丸转速的设置只需选取两个代表点。阻力系数是攻角的二次函数。各气动参数随海拔增加均有微量增加。⑷将算得的各气动参数代入六自由度外弹道方程组，采用四阶Runge-Kutta法，计算标准条件下的某型狙击武器的基本射表和满足多地域适应性的修正量表。经过与靶场试验数据作对比可知，在未消耗武器弹药基础上，本文射表各参数误差均在2.6%以内。在进行狙击武器的靶场射表试验中，充分利用该方法，并依照试验数据对该方法进行参数校核，必将带来射表编拟质量的飞跃。该方法是靶场射表试验的重要补充。

目录

专用符号

第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

第2章 刚体运动模型

2.1 引言

2.2 弹丸飞行受力分析

2.3 地面坐标系下刚体运动模型

2.4 本章小结

第3章 稳瞬态仿真相结合的弹丸气动参数计算研究

3.1 引言

3.2 网格划分及湍流模型的选择

3.3 稳态与瞬态仿真相结合的气动参数计算方法

3.4 气动参数计算结果及原因分析

3.5 弹体云图显示

3.6 本章小结

第4章 基于四阶Runge-Kutta法的射表计算与典型外弹道参数分布规律研究

4.1 引言

4.2 基于四阶Runge-Kutta法的基本射表计算

4.3 基于四阶Runge-Kutta法的修正量表计算

4.4 不同海拔高度气动参数计算

4.5 射表精度分析

4.6 全弹道各典型外弹道参数分布规律研究

4.7 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢

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