基于CFD/CSD耦合的高速射弹尾拍载荷特性研究

摘要

为提高射弹尾拍载荷的预测精度,建立了一套基于计算流体动力学(CFD)/计算结构动力学(CSD)双向耦合分析的计算方法和程序。射弹流体计算主控方程采用耦合SSTk-ω湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型的Navier-Stokes方程,射弹结构计算采用基于模态叠加法简化的结构动力学方程,流固耦合界面插值采用径向基函数法,网格变形采用弹簧网格法。分别对泡型计算方法和流固耦合方法进行验证,在此基础上,计算对比1 000 m/s速度下射弹刚体和弹性体的尾拍泡型、结构变形和尾拍流体载荷特性差异。计算表明:弹性体尾拍过程,射弹泡型会产生弹身“二次拍击”、“局部沾湿”和沾湿面积增大等特殊现象,结构变形由弹性一弯模态主导,较大的变形引起流体载荷增大27%~105%,尾拍姿态角增大13%,尾拍频率增加20%,流固耦合效应对尾拍泡型、尾拍载荷和尾拍弹道均产生了较强的影响。